一种顺磁性材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于非传统磁性的顺磁性材料，包括：将

【技术实现步骤摘要】
一种顺磁性材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于磁性材料
，尤其涉及一种基于非传统磁性的顺磁性材料
、
其制备方法及应用
。

技术介绍

[0002]磁性材料在生产
、
生活
、
国防科学技术中广泛使用
。
传统的磁性材料主要为无机物
(
如铁氧体
)
或以无机物为主的复合磁性材料，含有大量的铁磁性物质
(
铁
、
钴
、
镍
)
，传统磁性材料应用领域非常广泛，但是这些磁性材料在体内难以降解，或者降解
/
氧化产物具有毒性
。
顺磁性材料与传统磁性材料不同，由于一般的顺磁性材料，在常温下磁性很弱，在实践中应用有限
。
含有芳香环的顺磁性材料虽然能在常温表现出强磁性，但是由于芳香环疏水的特性，所以在实际应用上有很大的局限性
。
目前并没有一种具有低成本的常温顺磁性，亲水的磁性材料
。
[0003]以碳为主的有机化合物虽然约有
500
万种，但其中呈顺磁性的却很少，而且机理各不相同
。
公开号为
CN111662450A
的中国专利公开了一种有机磁性聚合物材料及其制备方法，该材料为以噻唑并
[5
，4‑
d]噻唑为桥连的聚合物网络结构，其中1，3，5‑
均三苯酚部分或全部脱氢生成自由基，该自由基孤电子形成局部极化而产生磁矩，但仅在低温
(<100k)
下具有磁性特征
。
[0004]公开号为
CN110627835A
的中国专利公开了一类水溶性的顺磁性富勒烯
‑
金属纳米配合物及其制备方法与应用，由多臂侧链短直碳链内含
N、O
或支链且末端均含亲水基，并能提供多齿配位点的水溶性富勒烯氮宾衍生物直接螯合顺磁性金属离子，作为碳基
MRI
纳米探针造影增强
MRI
影像效果显著，在纳米诊疗
具有重要应用前景，但其常温顺磁性仍有待加强
。
[0005]Mallick
等人使用硝酸铈铵氧化合成聚苯胺，得到的铈掺杂的聚苯胺在
400k
下仍具有顺磁性，但研究表明其磁性来源于三价的铈离子与聚苯胺上的氮原子结合而非其与苯环的离子
‑
π
作用
(Chemical Physics Letters,2010,494,232
‑
236)。Whitesides
等人利用顺磁性的钬离子交联海藻酸
(
不含芳香环
)
得到顺磁性的凝胶，其磁性来源为起交联作用的钬离子
(Chem.Mater,2007,19:1362
‑
1368)。Lixia Ren
合成了一种顺磁性嵌段共聚物和聚离子液体，磁化率超过
2.75
×
10
‑5emu/g
，其磁性来源为
FeCl4‑
中
Fe
3+
的高自旋态
。
此外，二茂金属高分子有机磁性材料虽然具有超常的常温顺磁性，但其磁性源于磁性金属离子
(Fe、Co、Mn、Ni)
的铁磁相互作用和有序排列
(Eur.J.Inorg.Chem.2008,5327
‑
5337)。
[0006]公开号为
CN110627835A
和
CN112735799A
的中国专利分别公开了基于一价和二价金属离子的强顺磁性材料
、
其制备方法及应用，将含有芳香环的物质与包含一价或二价金属离子的溶液混合，基于芳香环与一价或者二价金属阳离子之间的离子
‑
π
相互作用，使其复合物上形成可变电荷，这些可变电荷在常温下也能稳定存在，从而得到常温下具有强顺磁性的强顺磁性材料
。
该制备方法原料来源广，分子结构可设计，自组装结构可调控，也有效避免了铁磁性物质的使用，规避了无机磁性颗粒在体内滞留以及带来的毒性风险，具有
良好的生物相容性
。
但是，芳香环材料通常疏水性较强，而很多实际应用中，尤其在是生物医学领域，更加需要亲水性物质，因此，芳香环材料的疏水性会在很大程度上限制了芳香环材料制备的强顺磁性材料的广泛应用
。
[0007]综上，传统磁性材料降解困难或者其降解
/
氧化物有毒性，一般顺磁材料在常温下磁性不够难以广泛应用，芳香环结构的亲水性又不行，因此最好是能以低廉的成本，制备出无芳香环的常温顺磁性材料
。
若能开发成功，将突破学术上对于顺磁性材料的一般认识，具有巨大的商业应用价值
。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种具有常温顺磁性的，不依赖芳香环材料的，基于非传统磁性的顺磁性材料
、
其制备方法及应用
。
[0009]使用密度泛函理论
(Density Function Theory
，
DFT)
来分析本专利技术的顺磁性材料，可以发现当钙离子取代了基质材料中的钠离子时，钙离子上会产生
1.0
μ
B
的磁动量
(
如图
1a
所示
)。
环绕钙离子的氧原子和碳原子表现出强
sp2杂化行为
(
如图
1b
所示
)
，因此产生了磁性
。
[0010]本专利技术选择含有羧基
(
‑
COO
‑
)
等极性官能团的
sp2杂化基质材料作为原料，其化学结构如图
1a
所示，利用
sp2杂化基质材料与钙
(Ca
2+
)
，镁
(Mg
2+
)、
锌
(Zn
2+
)
和铜
(Cu
2+
)
等二价金属离子相互结合
。
更进一步地，
sp2杂化基质材料水凝胶尺寸容易受控制，为水凝胶中大区域磁畴的形成提供了足够的尺寸空间，从而尽可能地提高其单位体积磁响应作用
。
[0011]上述材料在常温条件下即可表现出强顺磁性，具有意想不到的技术效果，突破业界对于磁性材料的普通认知
。
[0012]基于上述原理，本专利技术提供了一种基于非传统磁性的顺磁性材料的制备方法，包括：将
sp2杂化基质材料与非传统磁性离子混合反应后，制得非传统磁性的顺磁性材料...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种顺磁性材料的制备方法，其特征在于，将
sp2杂化基质材料的盐溶液与非传统磁性离子的盐溶液混合反应后，制得非传统磁性的顺磁性材料
。2.
权利要求1所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述
sp2杂化基质材料包括多糖醛酸，酰类和酮类
。3.
权利要求2所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述多糖醛酸为海藻酸
。4.
权利要求1所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述非传统磁性离子为非传统磁性二价金属离子
。5.
权利要求4所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述非传统磁性二价金属离子为
Ca
2+
、Cu
2+
、
与
Mg
2+
中的一种或多种
。6.
权利要求1所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述
sp2杂化基质材料的盐溶液的浓度为
0.1wt
‰‑
1wt
‰
。7.
权利要求6所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述
sp2杂化基质材料的盐溶液的浓度为
0.1wt
‰‑
0.5wt
‰
。8.
权利要求1所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述非传统磁性离子的盐溶液的浓度为
0.2M
‑
6M。9.
权利要求8所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述非传统磁性离子的盐溶液的浓度为
0.2M
‑
5M。10.
权利要求1‑9任一项所述的顺磁性材料的制备方法，其特征在于，所述混合反应包括利用高速机械搅拌作用
。11.
权利要求
10

【专利技术属性】
技术研发人员：方海平，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：