磁化学研究进展及其应用前景 □王国全
□王国全 磁化学是一门目前还鲜为人知的新兴的边缘学科。利用物理手段来控制和促进
磁化学是一门目前还鲜为人知的新兴的边缘学科。利用物理手段来控制和促进化学反应，历来为科技界所重视。在电化学领域，发展了电合成技术，如电聚合。在光化学领域，光引发聚合、光固化等技术也已获得应用。在磁化学领域，则可利用磁场控制和促进化学反应。这一磁化学技术仍在研究开发之中，尚未实现工业化应用，但已在高分子化工、生化技术、环保、建材等领域显示出广泛的应用前景。 早期的磁化学是一门研究物质结构的学科，主要研究分子磁性与化学结构的关
早期的磁化学是一门研究物质结构的学科，主要研究分子磁性与化学结构的关系，以及磁场对分子性质的影响。广泛应用的核磁共振技术，就是一项磁化学分析技术。 自本世纪２０年代，国外学者开始研究磁场对化学反应的影响。然而，在相当
自本世纪２０年代，国外学者开始研究磁场对化学反应的影响。然而，在相当长的时间里，这一研究并没有取得期望的结果。直到６０年代末，在关于原子核和电子在化学反应中的“自旋取向”理论建立起来之后，磁场对化学反应影响的研究才取得了突破性的进展。这一研究领域在国外文献中称为磁动力学（ｍａｇｎｅｔｏｋｉｎｅｔｉｃｓ），又称为磁场化学，是广义的磁化学的一个重要组成部分。利用磁场作用于化学反应的方法（以下简称磁化学方法），可为控制化学反应提供新的手段。但６０和７０年代关于磁化学方法的研究主要侧重于理论问题，对应用研究关注较少。 １９８０年，日本学者Ｔｕｒｒｏ等率先将磁场作用运用于苯乙烯光引发乳液
１９８０年，日本学者Ｔｕｒｒｏ等率先将磁场作用运用于苯乙烯光引发乳液聚合，实现了磁化学由理论到应用基础研究的历史性转折。此后，关于磁场对化学反应影响的研究广泛开展起来。特别是在高分子合成领域，磁化学研究取得了丰硕的成果。 国内关于磁化学方法的研究起步并不晚。１９８１年，兰州大学苏致兴等报道
国内关于磁化学方法的研究起步并不晚。１９８１年，兰州大学苏致兴等报道了磁场对聚甲基丙烯酸甲酯立体构型影响的研究结果，为国内这一领域最早的研究报告，与国外同类研究几乎同步。此外，国内医学界为配合磁医学发展而进行了大量的磁生物化学研究，其研究成果也已构成磁化学的重要组成部分。 笔者曾与他人合作编著了《磁化学与磁医学》一书，书中首次提出了较完整的
笔者曾与他人合作编著了《磁化学与磁医学》一书，书中首次提出了较完整的磁化学学术体系，重点介绍了国内外关于磁场对化学反应影响的主要研究成果，并探讨了磁化学与磁医学的关系。目前笔者正在进行磁化学方法与技术的工业应用研究。 一、在高分子领域的研究与应用
一、在高分子领域的研究与应用 简单地说，磁化学技术就是在化学反应中对特定的反应体系施加磁场，以改变
简单地说，磁化学技术就是在化学反应中对特定的反应体系施加磁场，以改变反应的过程并影响反应的产物，使之付诸应用的技术。目前，磁化学技术尚处于研究开发阶段，未见工业应用的报道。 高分子是磁化学研究的一个较为活跃的领域。国内外自８０年代初开始研究磁
高分子是磁化学研究的一个较为活跃的领域。国内外自８０年代初开始研究磁场对高分子聚合的影响，主要研究了聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等体系。研究结果表明，在磁场作用下一些高聚物的产率和分子量可以得到显著提高，还可使反应速度加快，并使其他一些性能获得提高。 日本学者Ｔｕｒｒｏ等在苯乙烯光引发乳液聚合中，在磁场作用下，使用油溶
日本学者Ｔｕｒｒｏ等在苯乙烯光引发乳液聚合中，在磁场作用下，使用油溶性引发剂获得了高分子量的产物。采用磁感应强度为０．０５Ｔ的磁场作用，重均分子量比无磁场作用时提高了４倍，聚合物的产率也有所提高。印度学者Ｍａｉｔｉ等报道了丙烯腈在磁场作用下的本体聚合，其聚合反应速度因磁场作用而加快，聚丙烯腈（ＰＡＮ）的产率和分子量都随磁场增强而增大，且磁场作用下生成的ＰＡＮ具有较高的热稳定性和较高的间同立构规整度。在上述研究成果基础上，可发展起新的聚合方法，并使产物性能得到提高。 日本学者Ｍｏｒｉｔａ等曾研究过苯乙烯共聚物在磁场作用下的光交联反应，
日本学者Ｍｏｒｉｔａ等曾研究过苯乙烯共聚物在磁场作用下的光交联反应，在０．１Ｔ磁场作用下，交联度可提高４５％。这一研究结果可在光固化涂料中获得应用。 复旦大学黄骏廉等报道了磁场作用下异戊二烯在四氟乙烯- 丙烯共聚物（四丙
复旦大学黄骏廉等报道了磁场作用下异戊二烯在四氟乙烯- 丙烯共聚物（四丙共聚物）表面的光化学接枝反应，磁场作用使接枝率显著提高。四丙共聚物具有优良的化学稳定性和热稳定性，利用磁化学方法在其表面接枝异戊二烯，可将四丙共聚物的优良性能与含双键聚合物的可反应性结合起来，开发出具有特殊功能的新型含氟高分子材料。 磁化学方法还可用于液晶高聚物的合成。液晶的形成可以有多种方法，如在溶
磁化学方法还可用于液晶高聚物的合成。液晶的形成可以有多种方法，如在溶液中形成的“溶致液晶”，在加热熔融中形成的“热致液晶”等。磁化学研究则表明，在磁场作用下使液晶单体聚合，也可以形成液晶高聚物。这就是为液晶高聚物的制备提供了新的途径———磁致液晶。与其他制备方法相比，磁致液晶有其特殊优越性。溶致液晶方法需要溶剂，不适于工业应用。某些热致液晶的形成需借助于外界剪切力，但剪切力的分布往往是不均匀的，会影响液晶结构的均匀性。而在匀强磁场作用下，可获得均匀的磁化学效应，制成结构均匀的液晶高聚物。 二、在生物化学领域的研究与应用
二、在生物化学领域的研究与应用 世界上的无数种生物是在地球磁场之中经历了亿万年的进化史。人类和其他生
世界上的无数种生物是在地球磁场之中经历了亿万年的进化史。人类和其他生物在自身的漫长演变过程中与外界磁场建立起了复杂的依存关系。很令科学家感兴趣的是一些高级动物的磁感，如鸽子在长途飞行中利用磁场寻找归途的能力。科学家也曾将老鼠放置在与磁场隔绝的环境中，结果老鼠的寿命缩短了。磁场作用与生命现象确实息息相关。 近年来的研究还发现，磁场对人体和动物体内的许多化学过程有重要影响。例
近年来的研究还发现，磁场对人体和动物体内的许多化学过程有重要影响。例如，磁生物化学的研究成果表明，磁场作用可提高超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）的活性。而ＳＯＤ可以清除体内的自由基，对保持人体健康有重要作用。这一研究结果在医疗保健领域有重要应用前景，也可用于生化新产品的研制。 国外进行了在磁场中合成生物高分子的研究。Ｔｏｒｂｅｔ等在强磁场的作用
国外进行了在磁场中合成生物高分子的研究。Ｔｏｒｂｅｔ等在强磁场的作用下，研究了纤维蛋白原（ｆｉｂｒｉｎｏｇｅｎ）的聚合反应，获得了取向的丝蛋白纤维。 国外科学家还利用磁化学方法研究了光合作用的机理。众所周知，植物利用叶
国外科学家还利用磁化学方法研究了光合作用的机理。众所周知，植物利用叶绿素进行光合作用，吸收二氧化碳，放出氧气。这一过程为人类生存提供了最基本的条件。然而，由于森林被大量破坏，已使大气中的二氧化碳浓度上升，产生温室效应，成为一系列灾难性气候的原因之一。利用磁化学方法对于光合作用的研究，将使人们有可能找到某种方法来解决这一问题。光合作用机理的研究对种植业也将产生深远影响。 三、在环保、建筑等领域的应用
三、在环保、建筑等领域的应用 在环境保护领域，磁化学方法可用于工业废水处理，适合于处理含电解质的废
在环境保护领域，磁化学方法可用于工业废水处理，适合于处理含电解质的废水。由于含电解质的废水是较为普遍存在的，因此这一方法也有广阔的应用前景。 在合成化学领域采用磁化学技术，是利用物理效应作用于化学过程，这一作用
在合成化学领域采用磁化学技术，是利用物理效应作用于化学过程，这一作用本身不会造成污染。因此在合成化学领域，磁化学技术也是一项“绿色技术”。 在建筑领域，磁化学方法也有应用。据国外专利报道，将混凝土在磁场作用下
在建筑领域，磁化学方法也有应用。据国外专利报道，将混凝土在磁场作用下凝固，水泥中的水合物可沿磁场方向取向，使混凝土的强度提高。 磁化学与超导技术等前沿科学也有密切联系。在某些合成化学研究中，磁化学
磁化学与超导技术等前沿科学也有密切联系。在某些合成化学研究中，磁化学方法的运用需要超强的磁场。这样超强的磁场，唯有超导技术才能提供。因此，超导技术是磁化学方法研究深入进行的重要条件。另一方面，磁化学的发展无疑也为超导技术提供了应用领域。 磁化学与磁医学是姊妹学科。近年来，磁医学在临床诊断、治疗及预防疾病的
磁化学与磁医学是姊妹学科。近年来，磁医学在临床诊断、治疗及预防疾病的方面发挥了重要作用，引起了国内外医学界的重视。国内将磁生物效应与中医传统理论相结合而发展起来的磁疗法，已获得广泛应用。磁化学的深入研究将有助于揭示磁疗机理，并推动磁医学的进一步发展。 磁化学在众多领域的发展前景，应引起科技界和企业界的更多关注，以便使这
磁化学在众多领域的发展前景，应引起科技界和企业界的更多关注，以便使这一新兴技术尽快实现产业化。