科学技术的飞速发展,究其原因,或者是与物理、化学、计算机等学科的交叉渗透,引入了新理论方法及实验技术,或者是实际应用的迫切需要而对材料提出了新的要求,特别是在极限环境下(超高温、超低温、超高压、超音速和极高真空等)工作的零件更要求有特殊的性能,功能梯度材料(Functionally Graded Materials,简称FGM)由此应运而生。功能梯度材料是在材料的制备过程中,选择两种或两种以上性质不同的材料,通过连续地控制材料的微观要素(包括组成和结构),使其沿某一方向由一侧向另一侧呈连续性或非连续性变化,从而使材料的性质和功能也呈梯度变化的新型材料。目前FGM的制备方法主要有组分用量调控法、粉末冶金法、自蔓延高温合成法、等离子喷涂法、激光融覆法、电沉积法、气相沉积法、离心铸造法、熔渗法等。本文主要研究的磁性梯度材料,顾名思义就是在磁性强度方面存在梯度。要制备出成分非连续性变化的聚合物/Fe3O4磁性梯度材料非常困难,因此,如何得到连续的成分分布的研究有着重要的现实意义磁性梯度材料。此外,大多数磁性梯度材料主要集中在无机物方面,可是作为材料重要分支的高分子材料的梯度功能化研究的报道却相对较少;而且作为磁性载体Fe3O4在磁性材料制备方面研究较多,可是在磁性梯度材料方面涉及很少。在本文中,我们将两者相结合,从三个方向把不同聚合物与四氧化三铁相结合,探索用较为简单的方法制备磁性高分子梯度材料,拓展功能梯度材料的研究方向和制备路线。一、层层自组装制备聚合物基磁性膜材料及其磁性梯度膜材料的理论研究用水相共沉淀的方法制备出具有磁性的四氧化三铁纳米粒子,加入适量的四甲基氢氧化铵,制得四氧化三铁纳米粒子水溶液。用红外光谱、X-射线粉末衍射、透射电镜和振动样品磁强计分别对样品进行表征。结果表明四氧化三铁粒径在15 nm左右,具有超顺磁性,比饱和磁化强度σr=56.58 emu/g。加过适量的四甲基氢氧化铵后,其水溶液分散性较好。将对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜阴离子化后交替吸附聚电解质和四氧化三铁纳米粒子水溶液。扫描电镜结果显示四氧化三铁纳米粒子成功吸附在对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜表面,改变其中的四氧化三铁纳米粒子水溶液的浓度来形成梯度,梯度均匀,并没有因为吸附改变四氧化三铁的超顺磁性。二、壳聚糖/四氧化三铁磁性梯度材料的研究壳聚糖是一种天然多糖衍生物,具有良好的生物相容性;四氧化三铁所体现出的特殊的力响应性,化学性质,热性能,超顺磁性,使其在生物工程领域具有很大的潜在应用,本章将两者结合,拓宽壳聚糖和四氧化三铁在生物医用材料方面的应用范围,特别是控制药物释放方面。用阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)改性四氧化三铁,在四氧化三铁颗粒表面引入羟基基团,得到功能化四氧化三铁,再以不同掺杂比与5%壳聚糖的醋酸溶液相混合。利用壳聚糖作为载体,把用流涎法制得的壳聚糖/Fe3O4磁性单层膜材料,最后逐层叠加的方法简单制备了壳聚糖/Fe3O4磁性梯度材料。三、改性四氧化三铁填充聚丙烯性能研究及其磁性梯度材料的制备采用分散剂(十二烷基苯磺酸钠)与偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-102)复合处理的方法对四氧化三铁进行表面改性,通过熔融共混工艺以及硫化机压片和注射成型制样的方法制备了低填充(Fe3O4质量百分含量1%、2%、3%和4%)四氧化三铁/聚丙烯复合材料。经表面改性Fe3O4/聚丙烯复合材料拉伸强度得到提高;通过差示扫描量热仪分析表明复合材料的结晶温度较纯PP有了较大的提高;X射线粉末衍射显示Fe3O4并没有因为高温加工而被氧化;利用上述性能得到改善的复合材料按照磁性的梯度叠层热压成型制备磁性梯度材料,扫描电镜表征其断面形貌和光电子能谱分析铁的质量百分含量和原子数百分含量表征材料的梯度。这种类似于粉末冶金法熔融共混层压技术制备出了聚合物基磁性梯度材料,操作简单方便,材料的组成易于控制,充分发挥高分子材料的优越性能。总之,本课题研究的意义在于对功能梯度材料研究提出了一个新的方向。从FGM的概念出发把聚合物作为基体材料与Fe3O4相结合得到一类新的功能梯度材料(磁性梯度材料)。为聚合物/无机物、聚合物/聚合物功能梯度材料的制备,尤其是磁性梯度材料的制备,尝试了一些新的制备路线,利用现有的聚合物加工设备,更快捷、更绿色、更简便的制备磁性梯度材料,拓展了聚合物和四氧化三铁应用范围。