磁性纳米复合纤维及磁性纸的制备与性能研究

磁性纳米复合纤维及磁性纸的研究是中国学者唐爱民、陈港等人进行的一项前沿科学研究，这项研究涉及到制备与性能研究的两个主要部分，包括磁性纳米复合纤维的制备以及磁性纸的性能探讨。 磁性纳米复合纤维的制备是利用了云杉纤维素作为原料，通过原位复合的方法制备出了云杉纤维素/磁性纳米复合纤维。原位复合是指在纤维素的形成过程中，同步引入磁性纳米粒子，使磁性纳米粒子与纤维素基体形成复合材料。该过程涉及的技术和步骤较为复杂，包括纳米粒子的生成、分散、在纤维素中的结合和取向等。 在结构表征方面，研究者使用了X-射线衍射（XRD）、红外光谱分析（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对制备出的磁性纳米复合纤维进行了详细的分析。X-射线衍射用于分析复合纤维中磁性粒子的晶体类型，红外光谱分析用于确定复合材料中化学键的形成情况，扫描电子显微镜和原子力显微镜则用于观察复合纤维的表面形貌和微观结构。 此外，研究者还采用了超导量子干涉装置（SQUID）对复合纤维的磁性能进行了测定。结果表明，磁性粒子主要以表面复合的形式存在于云杉纤维上，而腔内复合的粒子较少，复合的磁性粒子主要为γ-Fe2O3，其粒径范围在20到100纳米之间。复合纤维展现出了超顺磁性特征，并具有较高的饱和磁化强度。 接下来，研究者探讨了将制备的磁性纳米复合纤维应用到造纸工艺中，制备了具有磁性能的磁性纸。研究包括了磁性纤维在纸页中分布的研究，并发展了多层复合磁性纸。研究结果表明，单独使用磁性纤维抄造的纸张强度较差、白度较低、书写和印刷性能不佳。而将磁性纤维与植物纤维浆料配抄或抄造成多层复合纸后，纸张的白度提高，强度性能显著改善，并且具有较好的磁性能。 对于磁性纸的应用性能研究，测定了磁性纸的强度、白度、色度等性能。白度和色度是纸张的重要质量指标，决定了纸张在书写和印刷方面的适用性。强度性能则是指纸张的抗张力、撕裂度等物理性能，对于纸张的使用性能至关重要。 研究还提到，磁性纤维素纤维的制备技术是磁性纸研究的关键。制备方法主要有腔内填充法和原位复合法。腔内填充法是将磁性粒子物理填充到纤维的胞腔中，此法存在粒径和分散性的问题，复合材料未达到纳米级分散水平。而原位复合法是通过化学反应在纤维的无定型区域生成磁性粒子，这种方法可以制备出粒径达到纳米级的磁性纳米复合纤维。 文章中提到的研究背景是，由于不可再生资源的日益短缺和合成高分子材料面临原料枯竭的问题，研究者希望通过利用纤维素这种可再生的绿色材料，结合纳米技术，赋予纤维素纤维新的功能和更优异的性能，制备出新型的纤维素功能材料。 此外，文章还指出，纤维素作为地球上最丰富的可再生生物质资源，具有对环境友好的特点，被广泛应用于造纸、纺织、功能材料等领域。通过将磁性纳米粒子复合到纤维素纤维上，可以开发出具有磁响应、磁记录、防伪以及电磁屏蔽等功能的特种功能纸，这对于开拓纤维素纤维的应用领域、增加特种功能纸的品种以及提高造纸工业的技术水平具有重要的意义。 磁性纳米复合纤维及磁性纸的研究表明，通过优化的原位复合方法，可以显著提高复合纤维中磁性粒子的复合量以及材料的磁性能。制备的磁性纳米复合纤维在造纸工艺中具有很好的应用前景，可以为纸张赋予特殊的磁性能，改善纸张的物理性能，并为纸张的特殊功能应用提供新的可能性。这项研究不仅具有理论意义，也具有重要的实际应用价值。