【2017年整理】具有分子双稳性的磁相变材料的研究进展.doc

PAGE PAGE 9 具有分子双稳性的磁相变材料的研究进展 作者：YYY 指导老师：XXX (XXXXX大学化学化工学院， XX ******) 摘要: 具有分子双稳性的化合物是实现分子集合体作为新的光开关和信息存储元件的理想分子体系。本文合成苄基吡啶衍生物, 研究其分子构象与堆积的关系, 并研究了构建一维分子基磁体以及常温常版下的电学、磁学等性质。近年来，随着化学、物理以及材料科学工作者们对具有分子双稳性的化学体系的深入研究，人们逐渐认识到，分子双稳性现象的研究工作，不仅在基础研究方面具有重要的意义，而且在开发新一代的分子电子器件材料方面也具有广阔的应用前景。分子磁学理论是解释与分子磁性有关的各种物理和化学现象以及合理合成新型分子基磁性材料的基础，是理论化学的一个前沿课题。因此，利用理论化学手段研究双稳态磁性配合物体系自旋中心之间的相互作用机制及结构与磁性能间的关系，具有重要意义。 关键词：双稳态配合物；自由基分子基磁体；分子双稳性；磁相变；苄基吡啶衍生物 1.1引言 具有分子双稳性的化合物包括过渡金属 自旋交叉配合物和一些具有共扼分子结构和拟一维堆积结构的自由基化合物。目前 ,对过渡金属自旋交叉配合物尤其是含 价离子的自旋交叉配合物的研究 ,进行得广泛而深人 ,并已积累了大量的实验数据。磁性现象是有悠久历史的一个问题，中国的四大发明之一司南，即指南针就是通过此现象制作的。磁性是物质的一种基本属性之一，当外磁场发生变化时，体系的能量也随之改变，这就表现出体系的宏观磁性。而从微观的角度来看，物质中带电粒子的运动所形成的元磁矩发生取向有序时，便形成了物质的磁性。磁现象是自然界最神奇的现象之一 [1-3]。从远古时代开始就已经被人们所认识。公元前800年，古希腊人发现了含铁氧化物的天然磁石能吸引含铁物质，并记载了这一现象。但当时的科学家把天然磁体看作一种具有“灵魂”的物质。后来，随着科学技术的发展，众多科学家如Faraday、Marie和Oersted等为解开磁性这一自然现象之谜进行了开拓性的工作。直到1926年，Heisenberg首先提出了磁性的唯象理论，以交换能为出发点建立了定域电子自发磁化的理论模型[4]。至此，人们才真正奠定现代分子磁性的量子理论基础。如今，分子磁性理论在材料科学和生命科学等领域得到了广泛的应用。近几十年来，分子磁性材料得到了迅速发展，作为高度有序的分子体系，它具有结构多样性，易于用化学方法对分子进行修饰和剪裁而改变其磁性；磁性能的多样性；可以将磁性和其他如机械、光、电等特性相结合；可以用常温或低温的方法进行合成；易于加工成形，可以制成许多传统磁体难以实现的器件；低密度等特点，正是这些特点使它成了科学家们研究的焦点。分子磁性是多学科研究的交叉领域，它的研究范围是单个分子或分子集合体的磁性，这些分子可以有一个或多个磁中心。在含有未成对电子的多核金属化合物中，可以包括各种金属离子，有机自由基，和新型的桥配体，其表现出来的磁性也不尽相同。能够设计合成出预想磁性的分子体系是合成化学领域的一大挑战。在材料科学领域，随着具有特殊的光学、电学和磁学性质的新型分子功能材料的迅猛发展，分子基磁性材料和分子基磁体的研究已成为最活跃的研究领域之一。分子基磁体是指由分子组装而成，在临温度(Tc)下具有自发磁化作用的化合物，具有密度小、可溶、结构多样、易于复合加工等优点，及磁学、光学等的特殊性质。它的出现使从前只能在特殊条件下才能得到的功能材料有可能通过溶液化学来得到。 1967年，Wickman发现了第一个分子基磁体[5]，但直到1986年以后，分子基磁体才引起人们的广泛关注。传统的合金或氧化物磁体以单原子或离子为基体，磁性来自于化学键传递的磁相互作用，而分子基磁体则以分子为构件，临界温度下三维磁有序化的动力来源于分子间的磁耦合相互作用。分子基磁体同时具有许多传统磁性材料无法比拟的优点。基于分子合成方式的无限性和分子本身结合方式的多样性，分子基材料的研究是近年来最引人注目的一类挑战性课题。分子基材料是由分子单元组装成的物质。处于有机、无机交汇点的配合物，由于其组成的复杂性、金属和配体种类的多样性、配位环境的可调性使之成为分子材料中最有潜在应用前景的一类体系。因此，设计与合成具有特殊磁性质的分子基磁体是当前分子磁学及材料科学领域面临的极大挑战，也是分子磁学研究的重要内容。近年国外集此类研究为一门生物、材料、化学交叉的学科，称为金属配合物材料化学(Metal Complex Material Chemistry)，其中，实现以单个分子或分子集合体作为新的光开关和信息储存元件是分子材料研究中的一个挑战性课题，称之为“分子电子学”(Molecular Electronics)。在化学体系中，可能作为此类器件的一个重