用离子液体制备含高度定向纳米粒子的薄片和薄膜的方法及由此制备的薄片和薄膜.pdf

本发明提供了一种制备纳米材料的方法，该方法包括将(a)一种或多种树脂基材和(b)一种或多种磁性纳米粒子物质的结合物溶解和/或悬浮在由一种或多种离子液体构成的介质中以提供一种混合物，并通过将该混合物与一种非溶剂(为离子液体而非其它组分的溶剂)混合而回收固体纳米材料，同时在回收步骤中将一个电磁场施加于所述混合物以使磁性纳米粒子物质排列成行，并提供得到的纳米材料用于提供独特的信息存储介质的用途，所述信息存储介质特别是以薄片或薄膜的形式提供。

1.  一种制备纳米材料的方法，包括：
a.将(i)一种或多种树脂基材与(ii)一种或多种磁性纳米粒子物质的结合物溶解和/或悬浮在含有一种或多种离子液体的介质中，以提供一种混合物；并且
b.通过将该混合物与一种非溶剂混合，回收含有所述的一种或多种树脂基材的固体纳米材料，所述的一种或多种树脂基材含有分布于其中的所述的一种或多种磁性纳米粒子物质；
其中在回收步骤中，将一个电磁场施加于所述混合物以使一种或多种纳米粒子物质在一种或多种树脂基材内排列成行。

2.  权利要求1的方法，其中所述电磁场为单轴电磁场。

3.  权利要求1的方法，其中所述电磁场为双轴电磁场。

4.  权利要求1的方法，其中所述电磁场为三轴电磁场。

5.  权利要求1的方法，其中所述一种或多种树脂基材为选自多糖、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硅氧烷、酚聚合物、多硫化物、聚缩醛、聚烯烃、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酰胺、聚酯、聚二酰亚胺酰胺、聚苯并酰亚胺、芳香族聚酰胺、聚酰亚胺及二烯类中的至少一种。

6.  权利要求5的方法，其中所述一种或多种树脂基材包括纤维素或其一种衍生物。

7.  权利要求1的方法，其中所述介质包括一种或多种离子液体，该离子液体具有由至少一种选自以下的物质所形成的一种或多种离子液体的阳离子部分，所述物质为：咪唑类、吡唑类、噻唑类、异噻唑类、氮杂噻唑类、氧噻唑类、噁嗪类、噁唑啉类、噁唑硼环戊烷类、二硫代唑类、三唑类、硒基唑类、氧杂磷杂戊环类、吡咯类、硼环戊烷类、呋喃类、噻吩类、磷杂戊环类、五唑类、吲哚类、二氢吲哚类、噁唑类、异噁唑类、异三唑类、四唑类、苯并呋喃类、二苯并呋喃类、苯并噻吩类、二苯并噻吩类、噻二唑类、吡啶类、嘧啶类、吡嗪类、哒嗪类、哌嗪类、哌啶类、吗啉酮类、吡喃类、annoline类、酞嗪类、喹唑啉类及喹喔啉类、喹啉类、吡咯烷类、异喹啉类及其结合。

8.  权利要求1的方法，其中所述介质包括一种或多种离子液体，该离子液体具有由至少一种选自以下的物质所形成的一种或多种离子液体的阴离子部分，所述物质为：卤素、BX₄^-、PF₆^-、AsF₆^-、SbF₆^-、NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-、BR₄^-、碳硼烷、取代的碳硼烷、金属碳硼烷、取代的金属碳硼烷、磷酸盐、亚磷酸盐、多金属氧酸盐、羧酸盐、取代的羧酸盐、三氟甲基磺酸盐及非配位阴离子；
其中R为至少一种选自以下的物质：氢、烷基、取代的烷基、环烷基、取代的环烷基、杂烷基、杂环烷基、取代的杂环烷基、芳基、取代的芳基、杂芳基、取代的杂芳基、烷氧基、芳氧基、酰基、甲硅烷基、硼烷基、膦基、氨基、硫代、硒基及其组合。

9.  权利要求1的方法，其中所述介质包括一种或多种离子液体，该离子液体选自[C₂mim]C1、[C₃mim]C1、[C₄mim]C1、[C₆mim]C1、[C₈mim]C1、[C₂mim]I、[C₄mim]I、[C₄mim][PF₆]、[C₂mim][PF₆]、[iC₃mim][PF₆]、[C₆mim][PF₆]、[C₄mim][BF₄]、[C₂mim][BF₄]、[C₂mim][C₂H₃O₂]和[C₂mim][C₂F₃O₂]。

10.  权利要求1的方法，其中所述非溶剂选自水和醇类。

11.  权利要求1的方法，其中所述一种或多种磁性纳米粒子物质为至少一种选自以下的物质：铁、钴、镍、其氧化物、其合金及其混合物。

12.  一种信息存储介质，包括一种或多种树脂基材的一种基质，具有分布于整个基质的一种或多种磁性纳米粒子物质，其中所述的一种或多种磁性纳米粒子物质在所述基质内排列成行，并且易随施用的记录力而改变方向。

13.  权利要求12的信息存储介质，其中所述信息存储介质为薄片、薄膜或磁盘的形式。

14.  按权利要求1的方法制备的纳米材料。

15.  权利要求14的纳米材料，其中所述纳米材料为薄片或薄膜的形式。

用离子液体制备含高度定向纳米粒子的薄片和薄膜的方法及由此制备的薄片和薄膜
本申请要求2005年5月31日提交的美国专利申请No.11/139,690的优先权。上述申请的全文以引用方式纳入本文。
技术领域
本发明内容广义地讲涉及离子液体作为一种介质用于制备含纳米粒子的树脂材料薄片和薄膜的用途，其中纳米粒子在薄片或薄膜内高度定向。
背景技术
纳米材料的制备一般需要能量密集型方法。当试图捕获纳米粒子并阻止其集聚、然后将所述纳米粒子排列成行以产生一种有序排列时，遇到了特殊困难。这通常可归因于布朗运动的作用和纳米尺度范围的表面力。所述力可能是导致集聚的重要因素，例如强表面力使得NEMS装置的运动器件粘在一起而失灵。
特别需要的定向纳米材料为由树脂材料例如纤维素制成的薄片或薄膜，其中嵌入了排列成行的纳米尺度磁性粒子。这类材料可用作“智慧纸(smart paper)”及用于磁性信息存储介质中。虽然沿用已久的方法是可通过进一步降低薄膜中磁性粒子的粒度和分布来增加介质信噪比从而显著增加记录介质的存储能力，但是磁性粒子在达到纳米尺度时，充分分布粒子及避免集聚变得愈加困难。此外，为保证所记录信息的热稳定性，通常有必要增加所制得产品的磁各向异性。
Martin et al.，Phys.Rev.E，2000，61(3)，2818-2830公开了通过使磁性粒子悬浮液在单轴或双轴(例如旋转)磁场中结构化同时聚合悬浮树脂从而制备磁性的、场结构复合材料(FSC)。但是，由于悬浮液是通过聚合磁性粒子悬浮于其中的树脂而制备的，因此所述方法只能用于在该过程中悬浮树脂在其中制备的体系。
当含有多畴粒子的磁性粒子悬浮液暴露于单轴磁场中时，粒子的磁偶极矩通常将会增加并与外加磁场排列一致。然后在与邻近粒子之间的偶极相互作用的影响下，粒子移动形成链状复杂结构。如果磁性粒子悬浮液改为暴露于双轴(例如旋转)磁场中，诱导偶极矩在场平面内产生一个网状相互吸引作用，导致形成一种薄片状复杂结构。当电介质粒子悬浮液暴露于单轴或双轴电场中时，产生类似的效果。这些材料为本领域已知的场结构复合材料(FSC)。FSC在例如电导率、介电常数、电介质击穿强度、光透射率等特性中具有大的各向异性(Martin et al.，ibid.)。
因此需要一种可靠地生产在材料基质中含有排列成行的纳米粒子的纳米材料、同时还提供所得材料的高度磁各向异性的方法。本文公开的材料及方法满足所述及其它需要。
发明内容
依据如本文具体和广泛描述的所公开的材料、化合物、组合物、制品及方法的目的，一方面，公开的主题涉及化合物与组合物及制备与使用所述化合物与组合物的方法。另一方面，公开的主题涉及制备纳米材料、特别是薄片或薄膜形式的纳米材料的方法，该纳米材料具有均匀分布并嵌入其中的纳米粒子。所述纳米材料也在本文进行公开。此外，公开了具有高度磁各向异性、可用于热稳定性信息存储介质中的纳米材料，以及其制备方法。还有一方面涉及具有高信噪比和高磁各向异性的热稳定性信息存储介质以及制备所述介质的方法。
其它优点部分将在以下说明中阐述，部分从本说明书显而易见，或者可通过下述方面的实施而获悉。下述优点将借助在所附权利要求书中具体指出的要素及结合来实现和达到。应该理解的是，以上概述和以下详述仅为示例性和说明性的，而非限制性的。
具体实施方式
本文所述材料、化合物、组合物、制品及方法，可通过参照以下对所公开主题的具体方面的详细描述及其中所包括的实施例而更容易地理解。
在公开和描述本发明的材料、化合物、组合物、制品及方法之前，应该理解的是，以下所述方面并不限于具体合成方法或具体试剂，因为这些当然是可以变化的。还应该理解的是，本文所用术语只为描述具体方面之目的而非意欲限制。
此外，在整篇说明书中，提及多篇出版物。为更全面地描述本公开主题所属领域的技术现状，这些出版物的公开内容整体通过引用的方式纳入本文。考虑到包含于公开文献中并在引用这些文献的语句中讨论的内容，将所公开的文献也以逐一并且具体引用的方式纳入本文。
在本说明书和后面的权利要求书中，将提及多个术语，这些术语将被定义为具有下列含义：
在本发明的整个说明书和权利要求书中，术语“包括”及该术语的其它形式(例如英语中的动名词形式等)，意思为包括但不限于，并且并不意欲排除例如其它的添加剂、组分、整体或步骤。
如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一”、“一个”及“该”包括复数指示物，除非文中另有明确指示。因此，例如，提及“一种化合物”时包括两种或多种该类化合物的混合物，提及“一种离子液体”时包括两种或多种该类离子液体的混合物，提及“该薄膜”时包括两种或多种该类薄膜的混合物等。
“任选的”或“任选地”意思是指其后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且此描述包括该事件或情况发生的情形和其不发生的情形。
文中范围可表示为从“约”一个特定值和/或至“约”另一特定值。当表示为这样一个范围时，另一方面包括从该一个特定值和/或至该另一特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解为该特定值形成另一方面。还应理解的是，每个范围的端值不论是与另一个端值相关，还是与另一个端值不相关，其都是有意义的。还应理解的是，本文公开了多个数值，每一个数值除其本身外也公开了“约”该特定值。例如，如果数值“10”被公开，则“约10”也被公开。还应理解的是，当一个数值被公开时，则“小于或等于该数值”、“大于或等于该数值”及数值之间可能的范围也被公开，正如本领域技术人员所恰当理解的。例如，如果数值“10”被公开，则“小于或等于10”以及“大于或等于10”也被公开。还应理解的是，整个申请中，数据以多种不同的形式提供，并且这些数据表示终点和起点及各数据点任意结合的范围。例如，如果一个具体数据点“10”和一个具体数据点“15”被公开，应理解为大于、大于或等于、小于、小于或等于及等于10和15以及10和15之间的范围也被公开。还应理解为两个具体数值之间的每个数值也被公开。例如，如果10和15被公开，则11、12、13和14也被公开。
本文所用术语“纳米材料”指的是含有一种或多种纳米粒子物质及一种树脂基材的组合物。
本文所用术语“树脂基材”包括一种或多种聚合物、一种或多种共聚物及其结合。
本文所用术语“掺合物”包括在分子水平或畴水平不混溶或可混溶的两种或多种聚合物、两种或多种共聚物及其结合。
术语“聚合材料”包括一种或多种聚合物、一种或多种共聚物及其结合。
本文所用术语“非溶剂”指的是与一种或多种离子液体混溶、但与一种或多种树脂基材及一种或多种纳米粒子材料不混溶的物质。
本文所用术语“取代的”被认为包括所有许可的有机化合物取代基。在广义方面，许可取代基包括非环的和环状的、有支链的和无支链的、碳环的和杂环的、及芳香族的和非芳香族的有机化合物取代基。示例性的取代基包括例如下面所述取代基。合适的有机化合物的许可取代基可为一个或多个，可相同也可不同。就本发明目的而言，杂原子，例如氮，可以具有氢取代基和/或本文所述的能满足杂原子化合价的任意许可的有机化合物取代基。本发明不欲以任何方式受限于许可的有机化合物取代基。并且，术语“取代”或“被...取代”包括的隐含条件为所述取代符合被取代原子及取代基的许可化合价，并且取代形成一种稳定的化合物，例如，一种不会自发进行转变的化合物，所述转变通过例如重排、环化、消去等进行。
本说明书和最后的权利要求书中所用的一种化学物质的“残留物”指的是该化学物质在特定反应方式中所得的产物或随后的制剂或化学产品的部分，不管所述部分是否为从该化学物质中实际获得的。
本文使用“A¹”、“A²”、“A³”和“A⁴”作为通用符号来代表各种具体取代基。所述符号可以是任何取代基，而不限于本文所公开的取代基，并且它们在一种情况下被定义为某些取代基时，在另一种情况下，它们可以被定义为另一些取代基。
本文所用术语“烷基”为有支链的或无支链的1-24个碳原子的饱和烃基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、二十烷基、二十四烷基等。该烷基也可以是被取代的或未被取代的。该烷基可以被一个或多个基团取代，所述基团包括但不限于本文所述的被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烷氧基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基、杂芳基、醛、氨基、羧酸、酯、醚、卤代、羟基、酮、氮化物、硝基、甲硅烷基、硫代氧(sulfo-oxo)或硫醇。“低级烷基”基团为含有一至六个碳原子的烷基。
本文所用术语“环烷基”为含有至少三个碳原子的非芳香族碳基环。环烷基的实例包括但不限于，环丙基、环丁基、环戊基、环己基、降冰片基(norbornyl)等。术语“杂环烷基”为上面定义的环烷基中的一种类型，并且包括在术语“环烷基”的含义之内，其中环上的至少一个碳原子被杂原子代替，所述杂原子例如但不限于氮、氧、硫或磷。环烷基和杂环烷基可以为被取代的或未被取代的。环烷基和杂环烷基可以被一个或多个基团取代，所述基团包括但不限于如本文所述的被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烷氧基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基、杂芳基、醛、氨基、羧酸、酯、醚、卤代、羟基、酮、氮化物、硝基、甲硅烷基、硫代氧或硫醇。
本文所用术语“烷氧基”为通过醚键连接的烷基或环烷基；即一个“烷氧基”可以被定义为—OA¹，其中A¹为如上定义的烷基或环烷基。“烷氧基”也包括所述的烷氧基的聚合物；即一个烷氧基可以为一种聚醚，例如—OA¹—OA²或—OA¹—(OA²)_a—OA³，其中“a”为一个1-200的整数并且A¹、A²和A³为烷基和/或环烷基。
本文所用术语“烯基”为具有一个含有至少一个碳碳双键的结构式的2-24个碳原子的烃基。不对称结构例如“(A¹A²)C＝C(A³A⁴)”意指包括E异构体和Z异构体。这可从文中的结构式推测其中存在非对称烯烃，或可通过C＝C键符号明确指出。烯基可以被一个或多个基团取代，所述基团包括但不限于本文所述的被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烷氧基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基、杂芳基、醛、氨基、羧酸、酯、醚、卤代、羟基、酮、氮化物、硝基、甲硅烷基、硫代氧或硫醇。
本文所用术语“环烯基”为由至少三个碳原子构成并含有至少一个碳碳双键，即C＝C的非芳香族碳基环。环烯基的实例包括但不限于环丙烯基、环丁烯基、环戊烯基、环戊二烯基、环己烯基、环己二烯基、降冰片烯基(norbornenyl)等。术语“杂环烯基”为上面所述环烯基的一种类型，并且包括在术语“环烯基”的含义之内，其中环上的至少一个碳原子被杂原子代替，所述杂原子例如但不限于氮、氧、硫或磷。环烯基和杂环烯基可以为被取代的或未被取代的。环烯基和杂环烯基可以被一个或多个基团取代，所述基团包括但不限于如本文所述的被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烷氧基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基、杂芳基、醛、氨基、羧酸、酯、醚、卤代、羟基、酮、氮化物、硝基、甲硅烷基、硫代氧或硫醇。
本文所用术语“炔基”为具有一个含有至少一个碳碳三键的结构式的2-24个碳原子的烃基。炔基可以是未被取代的或被一个或多个基团取代的，所述基团包括但不限于本文所述的被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烷氧基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基、杂芳基、醛、氨基、羧酸、酯、醚、卤代、羟基、酮、氮化物、硝基、甲硅烷基、硫代氧或硫醇。
本文所用术语“环炔基”为由至少七个碳原子构成并含有至少一个碳碳三键的非芳香族碳基环。环炔基的实例包括但不限于环庚炔基、环辛炔基、环壬炔基等。术语“杂环炔基”为上面所述环炔基的一种类型，并且包括在术语“环炔基”的含义之内，其中至少一个环上的碳原子被杂原子代替，所述杂原子例如但不限于氮、氧、硫或磷。环炔基和杂环炔基可以为被取代的或未被取代的。环炔基和杂环炔基可以被一个或多个基团取代，所述基团包括但不限于如本文所述的被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烷氧基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基、杂芳基、醛、氨基、羧酸、酯、醚、卤代、羟基、酮、氮化物、硝基、甲硅烷基、硫代氧或硫醇。
本文所用术语“芳基”为一个含有任何碳基芳香基团的基团，所述碳基芳香基包括但不限于苯、萘、苯基、联苯、苯氧基苯等。术语“芳基”也包括“杂芳基”，杂芳基定义为含有一种芳香基并且在该芳香基的环上引入至少一个杂原子的基团。杂原子的实例包括但不限于氮、氧、硫和磷。同样地，术语“非杂芳基”——其也包括在术语“芳基”之内——定义为含有不含杂原子的芳香基的基团。芳基可以为被取代的或未被取代的。芳基可以被一个或多个基团取代，所述基团包括但不限于如本文所述的被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烷氧基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基、杂芳基、醛、氨基、羧酸、硼酸、酯、醚、卤代、羟基、酮、氮化物、硝基、羟肟酸盐(hydroxamate)、甲硅烷基、硫代氧或硫醇。术语“联芳基”为芳基的一种特定类型并且包括在“芳基”的定义内。联芳基指的是经由稠环结构连接在一起的两个芳基，如在萘中，或经由一个或多个碳碳键连接的两个芳基，如在联苯中。
本文所用术语“胺”或“氨基”用式NA¹A²A³表示，其中A¹、A²和A³可以独立地为氢或本文所述的被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。
本文所用术语“硼基”用式-B(A¹)₂表示，其中A¹可为羟基、本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。离子化合物、盐类及四价结构也包括在该术语含义之内。
本文所用术语“羧酸”用式—C(O)OH表示。本说明书通篇中“C(O)”为羰基即C＝O的一个简写符号。
本文所用术语“酯”用式—OC(O)A¹或—C(O)OA¹表示，其中A¹可为本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。本文所用术语“聚酯”用式—(A¹O(O)C-A²-C(O)O)_a—或—(A¹O(O)C-A²-OC(O))_a—表示，其中A¹和A²可独立地为本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基，并且“a”为1-500的一个整数。用术语“聚酯”描述通过具有至少两个羧酸基的化合物与具有至少两个羟基的化合物之间的反应而产生的基团。
本文所用术语“醚”用式A¹OA²表示，其中A¹和A²可独立地为本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。本文所用术语“聚醚”用式—(A¹O-A²O)_a—表示，其中A¹和A²可独立地为本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基，并且“a”为1-500的一个整数。聚醚基的实例包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和聚环氧丁烷。
本文所用术语“卤代”指的是卤素氟、氯、溴和碘。
本文所用术语“羟基”用式—OH表示。
本文所用术语“酮”用式A¹C(O)A²表示，其中A¹和A²可独立地为本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。
本文所用术语“氮化物”用式—N₃表示。
本文所用术语“硝基”用式—NO₂表示。
本文所用术语“腈”用式—CN表示。
本文所用术语“甲硅烷基”用式—SiA¹A²A³表示，其中A¹、A²和A³可独立地为氢或本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烷氧基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。
本文所用术语“硫代氧”用式—S(O)A¹、—S(O)₂A¹、—OS(O)₂A¹或—OS(O)₂OA¹表示，其中A¹为氢或本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。整个说明书中，“S(O)”为S＝O的一个简写符号。本文所用术语“磺酰基”指的是以式—S(O)₂A¹表示的硫代氧基团，其中A¹为氢或本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。本文所用术语“砜”用式A¹S(O)₂A²表示，其中A¹和A²可独立地为本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。本文所用术语“亚砜”用式A¹S(O)A²表示，其中A¹和A²可独立地为本文所述的一个被取代的或未被取代的烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、芳基或杂芳基。
本文所用术语“硫醇”用式—SH表示。
现对所公开材料、化合物、组合物、制品及方法的具体方面进行详细说明，其实例在所附实施例中进行示例说明。
本文公开的某些材料、化合物、组合物及组分可商购获得或使用本领域技术人员通常已知的技术容易地合成。例如，用于制备公开的化合物及组合物的起始原料和试剂可以从供应商例如AldrichChemical Co.，(Milwaukee，Wis.)、Acros Organics(MorrisPlains，N.J.)、Fisher Scientific(Pittsburgh，Pa.)或Sigma(St.Louis，Mo.)处获得，或按文献中所述步骤通过本领域技术人员已知方法进行制备，所述文献例如Fieser and Fieser’sReagents for Organic Synthesis，1-17卷(John Wiley and Sons，1991)；Rodd’s Chemistry of Carbon Compounds，1-5卷及增补本(Elsevier Science Publishers，1989)；Organic Reactions，1-40卷(John Wiley and Sons，1991)；March’s Advanced OrganicChemistry，(John Wiley and Sons，第4版)；及Larock’sComprehensive Organic Transformations(VCH PublishersInc.，1989)。
此外，本发明公开了可用于、可结合用于、可用于制备或得自所公开方法和组合物的材料、化合物、组合物及组分。本发明公开这些材料以及其它材料，并且应当理解的是：在公开这些材料的组合、子集、相互作用及成组等时，尽管可能不明确地具体提及这些化合物中的每一个不同的个体、共同组合及其改变，但每一个都是本发明所具体考虑和描述的。例如，如果一种化合物被公开并且论述了可对该化合物中的多个组分进行的多种改变，则每一个及所有可能的结合及变化都是具体考虑的，除非明确指出不予考虑。因此，如果一组组分A、B和C及一组组分D、E和F、以及一种组合化合物的一个实例A-D被公开，则即使没有单独引述每一个组合，每一个组合也是被逐一及共同考虑的。因此，在此实例中，组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E及C-F中的每一个都被具体考虑并且应认为随A、B和C；D、E和F；及示例性组合A-D的公开而公开。同样地，上述组合的任意子集或结合也被具体考虑和公开。因此，例如，A-E、B-F和C-E的亚群也被具体考虑并且应认为随A、B和C；D、E和F；及示例性组合A-D的公开而公开。该观念适用于本公开内容的所有方面，包括但不限于制备和使用所公开组合物的方法中的步骤。因此，如果具有多个可实施的附加步骤，应该理解为，所述附加步骤的每一个可与本发明方法的任何具体方面或其组合共同实施，并且每个所述组合都被具体考虑并且应认为被公开。
本文公开包括以下步骤的方法：将一种或多种树脂基材及一种或多种磁性纳米粒子物质溶解和/或悬浮在含有一种或多种离子液体的介质中以提供一种混合物，并通过将所述混合物与一种可与所述一种或多种离子液体混溶、而与所述一种或多种树脂基材及所述一种或多种纳米粒子物质不混溶的物质混合而回收含有所述一种或多种树脂基材的固体纳米材料，所述一种或多种树脂基材含有分布于其中的所述一种或多种磁性纳米粒子物质，其中在回收步骤过程中，将一个电磁场施加于该混合物以使所述一种或多种纳米粒子物质在所述一种或多种树脂基材内排列成行；并公开由此制备的纳米材料，及其在提供信息存储介质例如智慧纸和磁性记录磁带中的应用。
离子液体为一类沿用已久的只含有电离化物质的液体，并且具有的熔点基本在150℃以下、或最优选100℃以下。在大多数情况下，离子液体(IL)为含有一种或多种阳离子的有机盐，所述阳离子典型地为铵离子、咪唑鎓离子或吡啶鎓离子，虽然许多其它类型也是已知的。
本文公开了用于制备其中纳米粒子在树脂基材内排列成行并大体均匀分布的纳米材料的方法。该方法包括将一种或多种树脂基材及一种或多种磁性纳米粒子物质溶解和/或悬浮在含有一种或多种离子液体的介质中以提供一种混合物，并通过将该混合物与一种非溶剂相混合而回收含有所述一种或多种树脂基材的固体纳米材料，所述一种或多种树脂基材含有分布于其中的所述一种或多种磁性纳米粒子物质，其中在回收步骤过程中，将一个电磁场施加于该混合物以使所述一种或多种纳米粒子物质在所述一种或多种树脂基材内排列成行。
离子液体独特的溶剂化特性使其可溶解多种树脂基材，特别是可用于磁性信息存储介质的制备中的材料，例如聚酯和纤维素材料。此外，所述独特的溶剂化特性也使得离子液体可溶解多种磁性纳米粒子物质。该双重溶解能力使得树脂基材与磁性纳米粒子物质充分混合，这使得在接下来将该混合物加入“非溶剂”中时，可形成纳米材料，所述纳米材料最优选为薄片或薄膜形式，其中的磁性纳米粒子物质分布在整个树脂基材中并且由于在重构(reconstitution)步骤中电磁场的存在而被排列成行，在重构过程中，纳米粒子仍是可移动和可排列的。所得到的纳米材料可为任意所需形式，例如，以薄片或薄膜的形式，由于在树脂基材中的纳米粒子的高度各向异性和排列性，因而适于制成信息存储介质。所述信息存储介质可通过任何常规的用于特定类型记录介质的记录力(recording force)，例如电、磁、光、热等进行记录。适宜的信息贮存介质包括但不限于被称为“智慧纸”的材料(在本领域中也被称为电子墨水、可重复使用的记号介质或电子纸；例如基于由以色列Neveh-Ilan的Magink公司生产的全色可编程介质的电子显示技术)和磁性存储磁带或磁盘。
合适的非溶剂包括但不限于极性液体体系，例如水、乙醇及其它含羟液体。在一个实例中，通过添加水将离子液体除去。
所用磁场依据所需的纳米粒子定向的类型可以为单轴的、双轴的或三轴的，并且根据本领域公知方法将磁场施加于含纳米粒子的树脂基材。用于将纳米粒子材料排列成行的磁场可以具有任意所需的磁场强度，例如，介于约10-约1000高斯、或约50-约350高斯的范围内。
本文所公开的方法可使用含有多种重复的单体单元的聚合物作为树脂基材。所述单体单元可含有极性的、非离子的及带电的基团，该基团包括但不限于-NH₂-、-NHR、-NR₂、-N⁺R₃X^-、-O-、-OH、-COOH、-COO^-M⁺、-SH、-SO₃M⁺、-PO₃^2-M²⁺、-PR₃、-NH-CO-NH₂及-NHC(NH)NH₂。所述基团在聚合物中可以足够数量沿聚合主链或附于其上而存在，所述聚合物例如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺类、聚酯类、聚二酰亚胺酰胺类(polyimideamide)、聚苯并酰亚胺(polybenzoimide)、芳香族聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)及聚(丙烯酸羟乙酯)。所述基团也影响各聚合物的溶解度。由于分子内氢键、离子相互作用、分子间相互作用及链-链络合作用，聚合物可以具有复杂结构。这些相互作用支配溶液的特性及性能。
为了进行有效的溶解和掺合，还应考虑例如极性、电荷、氢键、聚合物与溶剂之间的相互作用等溶剂特性。
三种大量存在的多糖——纤维素、淀粉和甲壳质，由于其独特的分子及超分子结构而不能直接溶解于最常见的溶剂中。提高聚合物溶解性的一种方法为对其进行化学改性，例如，通过将一个或多个羟乙基、羟丙基、甲基、羧甲基、硫酸酯或磷酸酯基团添加至聚合物结构上而改性。所述改性改变聚合物的前述相互作用，从而增加其在常规有机溶剂中和多数情况下在水中的溶解度。代替将聚合物化学改性，本发明方法提供了一种用离子液体作溶剂处理起始聚合物的方法，从而减少了化学制品的耗用及处理步骤，并使得整个过程在环境和经济方面更可持续。但是，应认为在本发明方法中也可使用所述的改性聚合物。特别是，在智慧纸的生产过程中使用纤维素是有益的，其可存储信息并且当在纸上重新记录信息时可被重复使用。
因为离子液体(“IL”)是盐而不是一种分子的、非离子溶剂，所以IL同传统的含水溶剂及有机溶剂相比具有更复杂的溶剂行为。IL与许多溶质之间的相互作用类型包括色散、π-π共轭、σ-π超共轭、氢键、偶极及离子/电荷-电荷。亚伯拉罕(Abraham)溶剂化方程是一种用于表征IL溶剂特性以便理解聚合物在IL中的溶解行为的有效方法。一些典型的C₄mim IL的相互作用参数示于下表1中。将具有强偶极性、氢键接受(A)能力及氢键授予(B)能力的IL同其它能够溶解纤维素的溶剂进行了比较(见下表)。C₄mim Cl是最独特的溶剂中的一种，显示出最大的A能力(a＝4.860)和强的经由非键相互作用或π-电子相互作用(r＝0.408)而与溶质分子相互作用的能力。阳离子C₄mim与阴离子Cl^-相结合，表现出显著的与溶质分子的π-体系相互作用的能力(Anderson，J.L.et al)。同[BF₄^-](ΔG_水合＝-200kJ/mol)的1.660的HBA值相比，Cl水合作用的较小的吉布斯(Gibbs)自由能(ΔG_水合＝-347kJ/mol)显示出一个较大的HBA值4.860。
表1