超顺磁性四氧化三铁纳米材料在医学方面的应用
超顺磁性四氧化三铁纳米材料在医学中的应用综述
……..
…….. ……….. ………..
DOI 10.1002/aic.11111
Published Sep 29, 2011
关键词:超顺磁性纳米粒子四氧化三铁靶向运输
前言
近1O年来，有关纳米药物载体(Drug Nanoearriers)的研究不仅吸引了科学家们
的极大兴趣，也得到了普通公众热切的关注。常见的纳米药物载体主要包括无机纳米药物载体和有机高分子纳米药物载体。其中，高分子纳米粒子作为药物载体研究得比较早，目前已有少量基于高分子纳米载体的药物得到欧美一些国家药监部门批准用于临床治疗[1]。这是因为高分子纳米粒子生物相容性好，毒性小，药物可通过物理包覆或者化学键合的方式结合到高分子纳米粒子中，其释放后高分子载体可通过降解排出体外[2]。与高分子纳米粒子相比，无机纳米粒子不仅尺寸、形貌可控性好，比表面积大，而且独特的光、电、磁性质赋予其具有潜在的成像显影、靶向输送和协同药物治疗等功能，使其更适于在细胞内进行药物输送[3]。而且以超顺磁性纳米颗粒作为基因载体及药物载体的研究近年来在医学领域不断发展，由于磁性四氧化三铁生物纳米颗粒的制作简单，直径可达
10 nm 以下，具有比表面积效应和磁效应，在外加磁场的作用下可具有靶向性，且四氧化三铁的晶体对细胞无毒。在磁性四氧化三铁的晶体表面可很容易地包埋生物高分子，如多聚糖[4]、蛋白质等形成核壳式结构[5-6]，可使其达到生物相容性，使其越来越多的应用于医学领域研究。
靶向药物输送和药物可控释放是无机纳米药物载体研究的主要目标。靶向药物输送能在病灶部位保持相对较高的药物浓度，延长药物的作用时间，提高对肿瘤细胞的杀伤力；药物可控释放可以减轻药物对正常细胞的作用且减小不良反应，提高药效，减轻患者的痛苦。一种理想的纳米药物载体需要具备以下的性能：良好的生物相容性；足够长的血液循环时间；特异性地靶向药物到病灶
部位；刺激响应性，如随着pH或温度的变化，缓慢释放药物；能有效地在细胞内输送药物，进一步进入特定的细胞器。作者重点综述了
近年来磁性纳米粒子、介孔二氧化硅、纳米
碳材料和量子点作为纳米药物载体在靶向药
物输送以及载药释药行为方面的研究进展。一、超顺磁性概念
超顺磁性（superparamagnetism）：
如果磁性材料是一单畴颗粒的集合体，对
于每一个颗粒而言，由于磁性原子或离子
之间的交换作用很强，磁矩之间将平行取向，而且磁矩取向在由磁晶各向异性所决
定的易磁化方向上，但是颗粒与颗粒之间
由于易磁化方向不同，磁矩的取向也就不同。现在，如果进一步减小颗粒的尺寸即
体积，因为总的磁晶各向异性能正比于K1V，热扰动能正比于kT（K1是磁晶各向异性常数，V是颗粒体积，k是玻尔兹曼常数，T
是样品的绝对温度），颗粒体积减小到某
一数值时，热扰动能将与总的磁晶各向异
性能相当，这样，颗粒内的磁矩方向就可
能随着时间的推移，整体保持平行地在一
个易磁化方向和另一个易磁化方向之间反
复变化。从单畴颗粒集合体看，不同颗粒
的磁矩取向每时每刻都在变换方向，这种
磁性的特点和正常顺磁性的情况很相似，
但是也不尽相同。因为在正常顺磁体中，
每个原子或离子的磁矩只有几个玻尔磁子，但是对于直径5nm的特定球形颗粒集合体
而言，每个颗粒可能包含了5000个以上的
原子，颗粒的总磁矩有可能大于10000个玻尔磁子。所以把单畴颗粒集合体的这种磁
性称为超顺磁性[7]。
二、超顺磁性纳米材料
超顺磁性纳米颗粒是指具有磁响应性的
纳米级粒子，其直径一般小于30 nm，当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸时，粒子进入超磁性状态。它比细胞、病毒、蛋
白质、基因等的大小更小或者接近，这样有
利于其之间发生相互作用，生物分子在其表
面的覆盖也容易达到。在外加磁场的作用下
颗粒被吸引到特定组织，并在组织中聚集而
发生效应，当治疗结束后撤去磁场时，颗粒
将会被机体所清除。经研究显示，超顺磁性
纳米颗粒在液体中处于悬浮状态，在外加梯
度磁场的作用下可被磁化而发生定向移动，
在指定部位可以从介质中分离出来；而当外
加磁场去除后，其又可以重新处于悬浮状态，从而具有良好的分散性和可操作性。而磁性
分离技术本身成本低，可操作性强，使其近
年来在临床诊断、药物靶向治疗、细胞分离
和分类及蛋白质分离纯化和核酸的提取等领
域被广泛的使用[8]。
三、磁性生物分子的制备
磁性生物高分子微球一般为核壳式结构。生物高分子为壳层，磁性金属氧化物为核心。制备磁性生物高分子微球的主要方法是包埋法。它是将磁性粒子分散于高分子溶液中，
通过乳化复合技术，透析、干燥等手段得到
磁性生物高分子微球。
国外Cuyper等合成制备了磁性磷脂微球；Gupta等将磁性粒子与牛血清蛋白进行超声
处理得到了磁性蛋白质微球。国内丘广亮等
制备了粒径介于7～400nm 之间的磁性明胶
复合微球。该球可分散于水溶液中，形成稳
定的悬浮液,具有粒径小，双表面积大，生物结合量大，表面官能团多等特点。李民勤等
也开展了这方面的工作。列举几种磁性生物
高分子微球的制备方法。
磁性葡聚糖微球制备：将一定量的葡聚糖、三氯化铁和二氯化铁溶液溶于3ml 水中，在搅拌下滴加一定浓度的氨水3ml，升温到
70 ℃，反应30min，用冰乙酸调pH 值至中性，离心(1500r/min) 15min 除去聚集物，然后透析，柱分离，得到葡聚糖纳米粒子。
琼脂糖微球制备：将2.8g琼脂糖溶于
80ml蒸馏水中，移入三口烧瓶，依次逐滴加
入适量氯化亚铁溶液和过氧化氢溶液，搅拌，滴加3mol/ L的NaOH溶液40ml，同时，用氮气保护，在沸水浴下反应4h。其工艺参数如表1 。
表1 磁性琼脂糖微球工艺参数
磁性生物高分子微球的外壳与磁核的结合主要是通过范德华力、氢键、配位键的作用。生物高分子借助于这些作用力,牢牢地束缚于金属氧化物晶体表面,形成坚实的球状结构[9]。
四、超顺磁性纳米颗粒在医学方面的应用
在当代电气化和信息化社会中，磁性材料的应用非常广泛。纳米Fe3O4是一种多功能磁性材料，在肿瘤的治疗、微波吸收材料、催化剂载体、细胞分离、磁记录材料、磁流体、医药等领域已有广泛的应用。利用生物分子葡萄糖为还原剂,通过绿色化学合成方法制备得到了超顺磁性四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒；还利用原位还原法、共混包埋法、悬浮聚合法等方法分别制备得到了双功能
Fe3O4/Se一维纳米板束、Fe3O4/Se/PANI复合材料、双醛淀粉包覆的和聚苯乙烯-丙烯酸包覆的Fe3O4磁性高分子微球。
1．靶向运输
磁靶向药物输送系统(Magnetically Targeted Nanoparticulate Drug Delivery System，简称MTDDS)是近些年发展起来的一种新型靶向药物输送系统，特别是具有超顺磁性的Fe3O4纳米粒子在药物输送系统中具有显著的优点：载药磁性纳米粒子可以通过外加磁场准确地靶向病灶部位，在提高靶区药物浓度的同时减轻了对正常组织的损伤，从而降低其生理毒性，提高药效；可以通过磁共振成像(Magnetic resonance imaging，简称MRI)跟踪药物输送过程及其在生物体内的分布；在交变磁场的作用下，超顺磁性纳米粒子吸收能量产生热能，在发挥热疗效能的同时还可以控释药物[10]。
在Fe3O4纳米粒子表面修饰上两亲性高分子(PEG)，可以减少Fe3O4纳米粒子对血浆蛋白质的吸收，同时大大减少了巨噬细胞对该纳米粒子的非特异性吸收，提高了其在血液中的循环时间和生物相容性[11]。这种PEG化的Fe3O4纳米粒子，再通过化学键负载上抗癌药物色酮（Chromone)，可以有效提高色酮在血液中的循环时问和稳定性，是一种理想的磁靶向药物载体[12]。
中空和多孔结构纳米粒子的表面易功能化，也是一种极有吸引力的药物载体。复旦大学Wang 课题组通过水热法合成了粒径为200 nm左右的中空多孔Fe3O4纳米粒子，这种
磁性纳米粒子的饱和磁化强度高为(88.7 emu/g )，形貌规整，孔道均一，有利于药物的存储、输送和释放，对紫杉醇(Paclitaxel ，简称PXL)的载药量很高，能够达到20.2 wt ％。这种方法制备的Fe 3O 4 纳米粒子生物相容性好，将人胚胎肾细胞HEK 293T 与1000 ug/mL
的Fe 3O 4纳米粒子共培养24 h ，细胞存活率仍能达到80％。M1Tr 实验表明，该磁性纳米粒子本身细胞毒性很小，负载上抗癌药物PXL 后，能够较好地杀死肿瘤细胞。
近期，关于磁性多功能纳米药物载体的研究比较多。Zhang 等纠设计合成了多功能核
一壳结构Fe 3O 4纳米粒子，并对其载药和释药行为进行了研究。图1为其合成路线图。首先在单分散的Fe 3O 4纳米粒子的的表面修饰上HSCH 2CH 2COOCH 3，利用酰胺键共价结合上抗癌药物阿霉素(Doxorubicin ，简称DOX)，再包覆上热敏性聚合物，该聚合物低临界相转变
温度(Lower Critical Solution Temperature ，简称LCST)为38℃．释药实验表明，在20℃时(低于LCST)药物释放速率缓慢，而在40℃(高于LCST)
和37℃(约等于LCST)时，前5h 内药物释放较快，之后是一个长时间的持续释药过程，说明该药物载体能够很好地控释和缓释药物。
2.热疗用四氧化三铁磁性纳米粒子[13] 肿瘤热疗法(hyperthermia )又可称作加温治癌、温热治癌、高温治癌等，是一种治疗肿瘤的方法。其原理是通过升高体温或局
部加温，改变肿瘤细胞所处的环境，抑制肿
瘤血管形成和肿瘤细胞转移，并使其凋亡、
坏死，从而达到治疗肿瘤的目的，这种方法
近 20 余年得到迅速的发展。在众多的热疗
技术中，磁流体热疗(MFH)已经成为一种全新的对深部组织热疗的方法，它是通过一定强
度的交变磁场诱导铁磁性纳米粒子在肿瘤病
变靶区产热，使肿瘤区域的温度达到 42~ 45 ℃并维持一定的时间，从而达到杀死肿瘤细胞
的目的，而在此过程中周围的正常组织(如皮肤骨骼等)不会吸收交变磁场产生的能量，因而不会受到损伤。
目前，用于磁性热疗的铁磁性粒子主要
包括 Fe3O4、γ–Fe3O4、COFe2O4 等，其中最简单易得的就是Fe3O4纳米粒子。
3.由于淀粉在三氯化铁酸性溶液中可以水解
得到还原性糖(葡萄糖),在前面的研究基础上,我们又以淀粉和三氯化铁为原料,也成功
地制备得到了超顺磁性Fe3O4纳米颗粒,并通
过共混包埋法,以环氧氯丙烷为交联剂,将双
醛淀粉包覆在Fe3O4磁性纳米颗粒上,制备出
了磁性双醛淀粉复合纳米颗粒,并以牛血清
白蛋白为模型对复合纳米颗粒固定蛋白能力
进行了研究。磁性双醛淀粉复合纳米颗粒的
粒径分布在50 nm-150 nm之间,平均粒径大
小约为100 nm,醛基含量约为59.5%,双醛淀
粉包裹率约为33.2%,室温饱和磁化强度为29.5 emu/g,没有剩磁和矫顽力,对蛋白的装
载率和包封率分别为5.0%和54.4%。这也表
明该产物在药物载体和靶向释药等方面具有
潜在的应用[14]。
4.以苯乙烯为硬单体,丙烯酸为功能单体,利
用分散聚合法,以油酸修饰的Fe3O4纳米颗粒
为磁核,苯乙烯-丙烯酸共聚物为高分子壳层,制备得到了单分散、含有羧基的Fe3O4聚苯乙烯-丙烯酸[P(St-AA)]滋性高分子复合微球,并以姜黄素为模拟药物对磁性复合微球载药能力进行了研究。结果表明,磁性高分子复合微球形貌为球形,粒径分布在50 nm-120 nm
之间,平均粒径大小约为100 nm；磁性高分子复合微球中聚苯乙烯-丙烯酸的含量和Fe3O4
磁性纳米微粒的含量分别约为74%和24.7%；对姜黄素的装载率和包封率分别为2.5%和44.4%；磁性高分子复合微球室温饱和磁化强度为20.2emu/g,没有剩磁和矫顽力[14]。
5.磁性纳米四氧化三体协同顺铂作用于肺癌[15]。顺铂(DDP)是一种金属铂化合物，含有类似烷化剂的双功能基团，以顺铂为主的联合化疗已成为肺癌经典治疗方案。但随之出现的化疗敏感度下降、肿瘤多药耐药(multidrug resistance，MDR)等问题，影响其疗效，降低了患者的生存率。利用纳米载体聚合携载化疗药物逆转肿瘤细胞的多药耐药以增强化疗敏感度是一项探索性研究。通过检测磁性纳米四氧化三铁(Nano-Fe3O4)联
合顺铂(DDP)作用于人源肺腺癌细胞系A549
后相关凋亡抑制基因及耐药蛋白表达的动态变化，可以研究其增强化疗敏感度的机制。
五、总结
近年来超顺磁性纳米粒子在医学领域迅速发展，而其中以四氧化三铁为核心的超顺磁性纳米材料以其简单的合成方法、低毒性、识别能力强、广阔的发展空间等魅力，吸引了很多学者的目光和关注。而其在制备、实验室研究、甚至在动物实验医学方面取得的成就也有目共睹。但是其在医学领域的研究时间尚短，仍属于新型研究的领域，应用于临床医学还存在着一定的风险，因此它需要更长足的进步和更深入的研究。
相信随着时间的推移、科学技术的进步和其相关学科的发展，会为超顺磁性四氧化三铁纳米材料在医学方面的研究提供更多的支持和启发，也相信有一天，其可以成为临床医学真正意义上的利器和法宝。
参考文献
1. Peer D, Karp J M, Hong S, et
a1.Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy[J].Nature Nanotechnology,2007,2(12):751—760.
2. Qiu L Y, Bae Y H. Polymer architecture and drug delivery[J].Pharmaceutical Research,2006,23(1):1-30.
3. Xu Z P, Zeng Q H, Lu G Q, et a1.Inorganic nanoparticles as carriers for efficient cellular delivery[J].Chemical Engineering Science,2006,61(3):1027—1040.
4. Zhua A P, Yuan LH，Liao TQ, et
a1．Suspension of Fe304
nanoparticles stabilized by chitosan and o-carboxymethylchitosan．International pharmaceutical
magazine.2008:350:361-368.
5. Can K, Ozmen M, Ersoz M,et
a1.Immobilization of albumin on aminosilane modified superparamagnetlc magnetite nanoparticles and its characterization．Colloids and Surfaces B：Biointerfaces．2009;71：154-159．
6. Kneuer C, Sameti M, Bakowsdy U,et a1．A nonviral DNA delivery system,based on surface modified silica-nanoparticles can efficiently transfect cells in vitro. Bioconjug Chem．2000;11(6):926-932．
7. 源自百度百科，超顺磁性
https://www.360docs.net/doc/9a7553091.html,/view/951254.htm #ref_[1]。【中】
8. Li Hui，Wang Da-xin，Gu Jian. Application of superparamagnetic nanoparticles for cancer treatment of Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research December 17,2009 VoLl3,No.51。【中英】
9. 魏衍超、杨连生，《磁性生物高分子微球的制备方法和研究进展》【中】
10. BI Hong, YU Le—le, SONG Meng—meng. Progress of inorganic nanoparticles as targeted drug nanocarriers.【中英】
11. Xie J, Xu C, Kohler N, et
a1.Controlled PEGylation of monodisperse Fe3O4 nanoparticles for reduced non—specific uptake by macrophage
cells[J].Advanced
Materials,2007,19(20):3163—3166.
12. Wang B D, Xu C J, Xie J, et a1．pH controlled release of chromone from chromone—Fe304 nanoparticles[J].Journal ofthe American Chemistry
Society,2008,130(44):14436-1437．
13. 游劲松、杨丽、肖萍、徐睿智、曾群。《热疗用四氧化三铁磁性纳米粒子的制备及其性质表征》【中】
14. 邹晓菊。《纳米Fe3O4磁性材料的合成与现状》【中】
15. 周颐，姜藻，顾晓怡，《磁性纳米四氧化三铁协同顺铂作用于肺癌A549细胞的初步研究》。【中】
常见纳米材料的制备技术
东华大学研究生课程论文封面 教师填写： 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的课程论文，是本人独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 注：本表格作为课程论文的首页递交，请用水笔或钢笔填写。
常见纳米材料的制备技术 1 概述 纳米材料是指材料的任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料，广义来讲，数百纳米的尺度亦可称为纳米材料。由于纳米尺寸的物质具有与宏观物质所迥异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能，纳米材料的性能往往由量子力学决定。按照纳米材料的空间形态可以将其分为4类：三维尺寸均为纳米量级的纳米粒子或人造原子被称为零维纳米材料；纳米纤维为一维纳米材料；纳米膜（片、层）可以称为二维纳米材料；而有纳米结构的材料可以称为三维纳米材料。目前只有纳米粉末实现了工业化生产（如碳酸钙、氧化锌等），静电纺纳米纤维的产量能够满足实验的需求，其它纳米材料基本上还处于实验室研究阶段[1]。 2 常见的纳米材料 2.1 零维纳米材料 指空间中三个维度的尺寸均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。纳米球全称“原子自组装纳米球固体润滑剂”，是具有二十面体原子团簇结构的铝基合金，是一种新型纳米/非晶合金固体抗磨自修复剂，采用急冷方法制备抗磨剂粉体，在合金从液体到固体的凝固过程中，形成纳米晶/非晶的复合结构，利用粒度控制的方法对抗磨剂粉末进行超微细化处理而成。该材料具有高硬度、高强度，并具有一定的韧性等性能，在多种减摩自修复机制的综合作用下呈现优良的减摩和抗磨性能，可以起到节省燃油、修复磨损表面、增强机车动力、降低噪音、减少污染物排放、保护环境的作用。 2.2 一维纳米材料 一维纳米材料指空间中有二维处于纳米尺度的材料，如纳米纤维、纳米棒、碳纳米管等。 静电纺纳米纤维是目前唯一一种能够连续制备纳米纤维的技术，它是利用高压电场力将纤维从导电溶液中抽拔出来，在抽拔过程中纤维被拉伸变细、溶剂挥
磁性纳米材料的应用
磁性纳米材料的应用 磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。 （一）生物分离 生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。 传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。 通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。 磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。 温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。 基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。 王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒 子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离 经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。
磁性纳米材料的模板法制备研究
磁性氧化物纳米材料的模板法制备研究 摘要磁性氧化物纳米材料的模板制备方法，主要内容包括:模板法的基本原理,模板的制备,利用电沉积法、溶胶凝胶沉积法和化学还原法在模板上制备磁性纳米线及纳米多层结构的技术。 关键词磁性氧化物纳米材料模板法 磁性纳米材料是20 世纪80 年代出现的一种新型磁性材料。磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级,例如：磁单 畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。在人们所熟知的大量磁性材料中，由于不能同时满足高饱和磁化强度和稳定性高的要求，饱和磁化强度高但稳定性低的材料应用在一定程度上受到了限制。目前可选作磁性金属氧化物微粒的仅有少 数几种，主要为三氧化二铁（Fe 2O 3 ）、MFe 2 O 4 (M=Co，Mn，Ni)、四氧化三铁（Fe 3 O 4 ）。纳米 科技的发展，使这些磁性材料的应用成为可能，目前，磁性材料纳米化已成为材料科学的一个发展趋势。 磁性纳米材料的制备手段有物理法和化学法，而模板法[1]是由美国科罗拉多州立大学化学系Martin教授领导的研究组在20世纪80年代首创性地将其应用于磁性纳米材料的合成。模板合成是将具有纳米结构、价廉易得、形状容易控制的物质作为模子，通过物理或化学的方法将相关材料沉积到模板的孔中或表面，而后移去模板，得到具有模板规范形貌与尺寸的纳米材料的过程。 1 两种重要模板 用作模板的材料主要有两种:多孔阳极氧化铝模板及痕迹刻蚀聚合物模板,前者孔率较高,且膜孔孔径大小分布均匀; 后者膜孔孔径大小分布较广,且分布不均匀。 1. 1 多孔阳极氧化铝模板（AOO） 是通过电化学氧化的方法在纯铝表面形成的具有高度规整结构的氧化铝薄膜。其研究历史已有40 多年,最早主要用于铝及铝合金的耐腐蚀处理及染色,20世纪80年代Martin 等人首次将其用于纳米材料合成。AAO模板通常采用两步阳极氧化法制备[2-3]。此法所得AAO 模板孔道为六角柱形、垂直膜面呈有序平行排列,孔密度高达1011cm-2,孔径可在4～200nm范围内方便地调节,孔深可达几十到上百微米。AAO模板还具有孔径单分散、耐高温、强度高的特点,是迄今应用最为广泛的模板。AAO 模板的制备过程:首先是99. 99 %的纯铝在酸性条件下进行第一次氧化,后将生成的氧化铝膜在酸性溶液中腐蚀掉,然后以同样的条件进行第二次阳极氧化。得到的AAO 膜经扩孔后可沉积金属及氧化物。 1. 2 痕迹刻蚀聚合物模板 用核裂变碎片轰击6～10μm 厚的聚碳酸酯、聚酯或聚乙烯醇等高分子膜,使膜出现损伤,然后用化学法使损伤痕迹腐蚀发展成纳米孔道即得痕迹刻蚀聚合物模板聚合物模板的纳米孔呈圆柱形,孔径一般为10～200 nm ,孔密度109cm-2,其孔道不如AAO规整,有交错现象,孔轴与膜表面夹角有时可达30°且无序分布,导致所制纳米点阵的各向异性降低。但聚合物模板柔韧性好,不像AAO 模板那样脆,且在高酸性条件下能维持较长时间,因此应用也相当广泛。 2 几种基于模板的合成方法 2.1 电化学沉积法 电化学沉积指金属的阴极还原沉积,适合在模板的纳米孔道内制备金属纳米线。首先在模板的一面通过溅射或真空镀膜等方法制备一层金属薄膜作阴极,通过控制电压、电流、温
软磁性四氧化三铁纳米粒子的共沉淀法合成及磁性
软磁性四氧化三铁纳米粒子的共沉淀法合成及磁性 一、实验目的 1.掌握共沉淀法合成无机功能材料的原理和方法。 2.掌握XRD、SEM进行无机材料的晶相，形态分析方法。 3.理解并测试磁性材料的基本性能参数。 二、实验原理 近年来，纳米Fe3O4颗粒的制备及性能研究受到广泛关注。Fe3O4纳米颗粒在磁记录、微波吸波、废水净化，特别是核磁共振成像、药物运输和热磁疗等生物学领域有着巨大的应用价值。纳米材料的粒径是影响其物理化学性质的重要因素，不同的应用领域对Fe3O4纳米颗粒的粒径有着不同的要求。因此制备尺寸和性能可调的纳米Fe3O4颗粒有着十分重要的意义。制备Fe3O4纳米颗粒的方法有很多：如沉淀法、水热和溶剂热法、微乳液法、溶胶-凝胶法等，但制备粒径可调的Fe3O4纳米颗粒的方法却并不多。其中一些方法涉及的反应条件苛刻而且工序复杂，给工业生产带来了极大的不便，寻求一种简便有效的方法来实现粒径调控的纳米Fe3O4颗粒的制备显得尤为重要。 沉淀法实在原料溶液中加入适当的沉淀剂，使得原料溶液中的阳离子形成各种形式的沉淀物的方法。沉淀颗粒的大小和形状可由反应条件来控制，然后再经过滤、洗涤、干燥，有时还需经过加热分解等工艺过程二得到陶瓷粉体。沉淀法又可分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。 直接沉淀法是使溶液中的某一种金属阳离子发生化学反应二形成沉淀物，其优点是可以制备高纯度的氧化物粉体。 化学共沉淀法一般是把化学原料以溶液状态混合。并向溶液加入适当的沉淀剂，使溶液中已经混合均匀的各个组分按化学计量比共同沉淀出来，或者在溶液中先反应沉淀出一种中间产物，再把它煅烧分解。由于反应在液相中可以均匀进行，从而获得在微观线度中按化学计量比混合的产物。共沉淀法是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物粉体的重要方法。 Fe3O4纳米粒子付费共沉淀制备反应如下： Fe2++2Fe3++8OH—→Fe3O4+4H2O 在室温或者更高温度惰性氛围下，通过共沉淀Fe2+/Fe3+盐溶液合成Fe3O4，此法简便易得。磁性纳米粒子的粒径、形状及组成取决于所用盐的种类（如氯酸盐、硫酸盐、硝酸盐）、Fe2+/Fe3+的比率、反应温度、pH值以及介质的离子强度。 共沉淀法最大的困难是如何阻止粒子的团聚现象。近年来，通过使用有机添加剂作为固定剂或还原介质，在制备不同尺寸单分散磁性纳米粒子的方法上有了重大的改进。 三、实验设备及材料 实验设备：容量瓶，烧杯，分析天平，水浴锅，搅拌器，鼓风干燥箱，电动搅拌机，酸度计（ph试纸）
纳米材料制备方法综述
纳米材料制备方法综述 摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法 近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD） 在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔
关于磁性纳米材料的研究应用
关于磁性纳米材料的研究应用 文献综述 姓名：于辉 学号：2013155048 学院：理学院 专业：材料化学 年级：2013级
关于磁性纳米材料的研究应用 【前言】 磁性纳米材料的应用可谓涉及在机械，电子，光学，磁学，化学和生物学领域的应用前景，纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。 下一世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性设计出顺应世纪的各种新型的材料和器件，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品[1]。磁性纳米材料将成为纳米材料科学领域一个大放异彩的明星，在新材料，能源，信息，生物医学等各个领域发挥举足轻重的作用。 磁性纳米材料由于其独特的磁学性能、小尺寸效应，在化学设计与合成、表面功能化方法,及其在核磁共振成像、磁控治疗、磁热疗和生物分离等领域都有应用[2]。
【磁性纳米材料的发展历程和现状】 （一）关于磁性纳米材料 纳米材料又称纳米结构材料,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料(1-100nm),或由它们作为基本单元构成的材料,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系,因此,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性，而纳米磁性材料和纳米磁性又分别是纳米科学技术和纳米物性的一个组成部分。 （二）关于颗粒磁性的研究 颗粒的磁性，根据磁畴理论与实验表明:当磁性微粒处于单畴尺寸时,矫顽力将呈现极大值[3]。铁磁材料,在应用上,可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料。由于颗粒磁性与其尺寸有关,若尺寸进一步减小,颗粒将在一定的温度范围内将呈现出超顺磁性。利用微粒的超顺磁性,提出了磁宏观量子隧道效应的概念,并研制成了磁性液体。非晶态磁性材料的诞生为磁性材料增添了新的一页,也为纳米微晶磁性材料(纳米微晶软磁材料、纳米复合永磁材料)的问世铺平了道路。（三）磁性纳米材料的特点和制备方法[4] 磁性纳米材料有量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应的特点。 制备方法： <1>磁流体的制备方法 物理法：研磨法、热分解法、超声波法。 化学法：化学沉淀法、水热法。 <2>磁性微粒的制备方法 分散法、单体聚合法。 <3>纳米磁性微晶的制备方法 非晶化法、深度塑性变形法。 <4>纳米磁性结构复合材料的制备方法 溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、磁控溅射法和激光脉冲沉积法。 （四）磁性纳米材料的应用范围[4] 磁记录方面的应用、纳米永磁材料方面的应用、纳米软磁材料方面的应用、纳米吸波材料领域的应用、生物医学领域的应用、金属有机高分子磁性材料方面的应用。
纳米四氧化三铁的应用
纳米四氧化三铁的应用一、纳米四氧化三铁的简介 四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO〃Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。化学式：Fe3O4，分子量231.54，硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系，密度 5.18g/cm3。熔点1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 在外磁场下能够定向 移动，粒径在一定范围之 内具有超顺磁性，以及在 外加交变电磁场作用下能 产生热量等特性，其化学 性能稳定，因而用途相当 广泛。 纳米四氧化三铁置于介质中，采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过
在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、纳米四氧化三铁的配置方法 由于纳米四氧化三铁特殊的理化学性质 , 使其在实际应用中越来越广泛 , 而其制备方法和性质的研究也得到了深入的进展。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一产品纯度低、颗粒分布不均匀 , 易被氧化 , 且很难制备出10nm 以下的纳米微粒 , 所以在工业生产和试验中很少被采纳。 化学方法主要有共沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好 , 颗粒度较小 , 操作方法也较为容易 , 生产成本也较低 , 是目前研究、生产中主要采用的方法。
磁性纳米材料的研究进展
磁性纳米材料的研究进展 Progress of magnetic nanoparticles 李恒谦﹡贾雪珂李艳周康佳 （合肥工业大学，安徽宣城） （Hefei University of Technology, Xuancheng, Anhui, China) 摘要：纳米技术是近年来发展起来的一个覆盖面极广、多学科交叉的科学领域。而磁性纳米材料因其优异的磁学性能，也逐渐发挥出越来越大的作用。随着科学工作者在制备、应用领域的拓展逐渐深入，也使得纳米材料的外形、尺寸的控制日趋完善。因此，磁性纳米材料在机械、电子、化学和生物学等领域有着广泛的应用前景。文章综述磁性纳米材料的制备方法、性能及其近年来在不同领域的应用状况。 关键词：磁性；纳米；制备；性能；应用 Abstract: Nanotechnology is developed in recent years as a kind of science with wide coverage and multidisciplinary. Magnetic nanoparticles also play an increasing role due to its excellent magnetic properties．As scientists research take them deeper along the aspects of synthesis and application．the control of shape and dimensions of magnetic nanoparticles has become more mature．Therefore, magnetic nanoparticles have wide application propects in machinery, electronics, chemistry, biology, etc. In this paper，the synthesis method is discussed, the character is mentioned and the application of magnetic nanoparticles is summarized． Keywords：magnetic；nanoparticles；synthesis；character; application 1.引言 磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。 纳米表征技术是高新材料基础理论研究与实际应用交叉融合的技术。对我国高新材料产业的发展有着重要的推动作用，其在全国更广泛的推广应用，能加速我国高新材料研究的进程，为我国高新技术产业的发展作出更大的贡献。在纳米表征技术下，磁性纳米材料的应用日显勃勃生机。例如磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防，国民经济的方方面面紧密相关，磁记录材料至今仍是信息工业的主体。 磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。在机械，电子，光学，磁学，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能源，人类健康和环境保护等重大问题。下一世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性设计出顺应世纪的各种新型的材料和器件，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品。已出现可喜的苗头，具备了形成下一世纪经济新增长点的基础。磁性纳米材料将成为纳米材料科学领域一个大放异彩的明星，在新材料，能源，信息，生物医学等各个领域发挥举足轻重的作用。 2.制备 在人们所熟知的大量磁性材料中，由于不能同时满足高饱和磁化强度和稳定性高的要求，饱和磁化强度高但稳定性低的材料应用在一定程度上受到了限制。目前可选作磁性微粒的仅有少数几种，主要为金属氧化物，如三氧化二铁（Fe2O3）、MFe2O4(M为Co，Mn，Ni)、四氧化三铁（Fe3O4），二元和三元合金，如金属铁、钴、镍及其铁钴合金、镍铁合金，以及钕
磁性纳米材料的化学合成_功能化及其生物医学应用
第25卷第2期大学化学2010年4月 今日化学 磁性纳米材料的化学合成、功能化 及其生物医学应用 侯仰龙 (北京大学工学院先进材料与纳米技术系北京100871) 摘要从纳米材料的生长动力学模型出发,讨论磁性纳米材料的控制合成原理。总结磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化及其在核磁共振成像和多模式影像等方面的应用研究最新 进展。 磁性材料在信息存储、传感器和磁流体等传统学科领域有着重要的应用。近年来,随着纳米材料科学与技术的发展,纳米磁性材料的应用开发日益引起人们的关注,特别是在提高信息存储密度、微纳米器件和生物医学领域的应用潜力巨大。本文将从纳米磁学开始,回顾磁性材料的基本概念、化学设计与合成、表面功能化及其在生物医学领域的潜在应用[1]。 1纳米磁学 在磁场中,铁磁体的磁化强度M或磁感应强度B与磁场强度H的关系可用曲线来表示。当外磁场作周期变化时,铁磁体中的磁感应强度随磁场强度的变化而形成一条闭合线,即磁滞回线,图1(a)为铁磁物质磁滞现象的曲线。一般说来,铁磁体等强磁物质的磁化强度M(或B)不是磁场强度H的单值函数而依赖于其所经历的磁状态。以磁中性状态为起始态,当磁状态沿起始磁化曲线磁化时,此时磁化强度逐渐趋于饱和,曲线几乎与H轴平行,将此时的磁化强度称为M s。此后若减小磁场强度,则从某一磁场强度开始,M随H的变化偏离原先的起始磁化曲线,M的变化落后于H。当H减小至0时,M并未同步减小到0,而存在剩余磁化强度 M r 。为使M减至0,需加一反向磁场,称为矫顽力H c 。反向磁场继续增大时,磁体内的M将沿 反方向磁化到趋于饱和(M s),反向磁场减小至0再施加正向磁场时,按相似的规律得到另一支偏离反向起始磁化曲线的曲线。当外磁场完成如上变化时,铁磁体的磁状态可由图1(a)所示的闭合回线描述。当温度高于居里点时,磁性材料将变成顺磁体,其磁性很容易随周围磁场的改变而改变。如果温度进一步提高,或者磁性颗粒的粒度很小时,即便在常温下,当尺寸达到临界畴时,材料中电子的热运动将逐渐占主导作用,热运动引起的扰动能超过磁能,使得原有的磁有序发生无序化,该现象称为超顺磁现象,如图1(b)所示,此时材料矫顽力和剩磁为0。对于纳米颗粒的超顺磁转变温度,称为B loc k i n g温度。其磁学性质随尺寸的变化,如图2所示,与块体磁性材料的多畴结构相比,纳米颗粒具有单畴结构,当颗粒尺寸小于临界畴尺寸时,纳米颗粒的磁自旋将无序排列。在单畴区域,矫顽力随着颗粒尺寸的增加而增加,在颗粒 1
纳米磁性材料的制备和研究进展综述教案资料
纳米磁性材料的制备和研究进展综述 一．前言 纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。 司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学，磁流体力学，原子核磁学，机体物理学，磁化学，
天文学，磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。 本次综述，主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先，介绍磁性纳米材料的发展历史，可以追溯到黄帝时期。其次，介绍磁性纳米材料的分类。------再次，重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类：1.由上到下，即由大到小，将块材破碎成纳米粒子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上，即由小到大，将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后，将全文主题扼要总结，并且找出研究的优缺点和差距，提出自己的见解。 二、主题 1、纳米磁性材料的发展史 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长，早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),，据传说，那是黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜．古代取其名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。
功能磁性纳米材料的构建及诊疗应用基础-东南大学
2017年高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）推荐项目公示材料（自然奖） 1、项目名称：功能磁性纳米材料的构建及诊疗应用基础 2、推荐奖种：高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖 3、推荐单位（专家）:东南大学 4、项目简介: 磁性纳米材料因其丰富的磁学特性和良好的生物相容性，在生物医学领域有广泛的应用前景。如何构建生物医用磁性纳米材料，解决其控制制备的关键科学问题并建立相关标准，发现磁性纳米材料新的生物效应，并解决其在生物医学应用中核心科学问题，是实现临床实际应用的挑战和迫切需求。经过多年研究取得了如下重要科学发现： 1. 系统研究了磁性纳米材料的控制制备及表面修饰，研究成果发表在Coll. Surf. A与Nanoscale Res. Lett.，共计被SCI正面他引260篇次。研制出10L纳米 -Fe2O3弛豫率国家标准物质（GBW（E）130387），教育部组织的科技成果鉴定认为该标准物质填补了国内外空白，对磁共振成像造影剂研制、生产及临床应用具有重要意义。提出了一种交变磁场诱导磁性纳米颗粒组装的新机制，制备得到具有各向异性磁热效应的水凝胶，结果发表在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等专业期刊上，被同行认为“交变磁场组装磁性纳米颗粒是过去十几年
来除了静磁场控制组装以外首次提出的新的组装方式和机制”，“首次制备具有各向异性磁热效应的磁性水凝胶”，“在未来的临床热疗中具有重要应用前景”。 2. 发现了磁性纳米材料的pH依赖双模拟酶活性与促成骨新效应，为发展新型诊疗技术提供了重要基础。发现氧化铁纳米颗粒具有pH依赖双模拟酶活性，揭示了其在酸性条件下（如细胞溶酶体）的类过氧化物酶活性以及中性条件下（如细胞质）类过氧化氢酶活性。结果发表在ACS Nano并被亮点报道，被同行认为是“开拓性的工作”，促进了类酶纳米材料的发展。进一步通过纳米氧化铁颗粒表面修饰普鲁士蓝壳层，极大地提高了其类酶活性和生物检测的灵敏度，结果在J. Mater. Chem.发表后被同行评价为“构建的纳米结构模拟酶具有极好的电化学稳定性和更高的催化活性”，最近还被载入普通高等学校规划教材《酶工程》第三版中。还发现磁性纳米纤维支架在外加静磁场中可以显著促进成骨细胞分化，该策略在Nanoscale期刊发表后被国际上多家实验室应用，并且被评价为“磁性纳米纤维复合材料为骨组织缺损修复提供了一种有潜力的治疗策略”。 3. 创新构建了组装磁性纳米颗粒的复合超声微气泡，实现了增强的超声/磁共振双模态成像，深入探讨了磁性纳米颗粒与聚合物膜材分子的组装调控及释放机制，发展了超声调控类酶磁性纳米颗粒无损、高效传输进入细胞质的技术，为量化调控复合材料以及声能控制磁性微气泡药物精准靶向输运奠定了基础。结果发表在Biomater.、Small、ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊，被同行评价为“这一令人兴奋的结果在未来疾病的双模态诊疗中极具潜力”。 10篇代表论文被SCI他引837篇次，其中被影响因子 7的期刊论文他引181篇次。培养全国百篇优博2名、国家自然科学基金杰出青年1名、教育部新世纪优秀人才2名，并且连续两期牵头国家重大科学研究计划项目研究（973首席科学家），并分别以良好和优秀成绩通过验收。
磁性纳米材料的特性、发展及其应用
2011412690 应用化学董会艳 题目纳米材料的磁学性质、发展及其应用前景 内容摘要：磁性纳米材料的特性不同于一般的磁性材料，当与磁性相关联的特征物理长度恰好出于纳米量级，以及电子平均自由路程等大致处于1~100nm量级，或磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学与电学性质。不同分类的磁性纳米材料有着大不相同的特性。从纳米科技诞生的那一刻起就对人类产生着深远的影响。同时磁性材料一直是国民经济，国防工业的重要支柱与基础，与此同时在信息化高度发展的今天，磁性纳米材料的地位显的更加的重要与不可替代。 关键词：磁性，纳米，磁性纳米材料，应用 Abstract：Characteristics of magnetic nanomaterials is different from the general magnetic materials and magnetic properties associated with the characteristics of the physical length of just for the nanoscale, and the electron mean free path, etc. generally in the 1 ~ 100nm orders of magnitude, or magnetic body size and characteristicsphysical length is quite showing the anomalous magnetic and electrical properties. Different classification of magnetic nanomaterials differ materially from those features. The moment of the birth of nanotechnology on humans with far-reaching impact. Magnetic materials has been an important pillar and foundation of the national economy, defense industry, at the same time in the development of information technology today, the status of magnetic nanomaterials significantly more important and irreplaceable. Key words：Magnetic ，Nano ，Magnetic nanomaterials，Application 前言：在社会发展和科技进步的同时，磁性纳米材料的研究和应用也有了很大的突 破。磁性纳米材料在于与磁性相关联的特征物理长度恰好出于纳米量级，例如，磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸以及电子平均自由路程等大致处于1~100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学与电学性质。 当磁性微粒处于单畴尺寸时, 矫顽力将呈现极大值。铁磁材料, 如铁、钻等磁性单畴临界尺寸大约在l0 nm 量级,可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料。由于颗粒磁性与其尺寸有关, 如果尺寸进一步减小, 颗粒将在一定的温度范围内呈现出超顺磁性。利用微粒的这个特性, 人们在开始对镍纳米微粒进行低温磁性研究, 并提出磁宏观量子隧道效应的概念, 随后在60年代末期研制成了磁性液体。80 年代以后, 在理论与实验二方面, 开始研究纳米磁性微粒的磁宏观量子隧道效应,在1988 年首先在Fe/ Cr 多层膜中发现了巨磁电阻效应, 也为磁性纳米材料的研究奠定了更夯实的基础。 正文 磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因在于与磁性相关联的特征物理长度恰好出于纳米量级，例如，磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1~100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学与电学性质。利用这些新特性已涌现出一系列新材料，尤其在信息存储，处理与传输中已成为不可或缺的组成部分，广泛地应用于电信，自动控制，通讯，家用电器等领域，信息化发展的总趋势是向小，轻，薄以及多功能方
纳米四氧化三铁的应用
精心整理纳米四氧化三铁的应用 一、纳米四氧化三铁的简介 ）前面 显+2与大， 胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方 法，通过在颗粒表面形成吸附双电层结 构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的 水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁
性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、 泛, ,所 ,操 磁性 目前,制备磁性Fe3O4纳米颗粒方法的机理已研究得很透彻,归结起来一般分为两种。一是采用二价和三价铁盐,通过一定条件下的反应得到磁性Fe3O4纳米颗粒;另一种则是用三价铁盐,在一定条件下转变为三价的氢氧化物,最后通过烘干、煅烧等手段得到磁性Fe3O4纳米颗 粒。
（一）共沉淀法 沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中,加入适当的沉淀剂,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉。 （二）溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)是日本科学家Sugimoto等于上世纪90年代发展 ,油(OΠ , 对实验设备和制备条件方面的要求相对高一些,因而大多数也只停留在研究阶段。 三、纳米四氧化三铁的应用 当粒子的尺寸降至纳米量级时,由于纳米粒子的小尺寸效应、表面效
应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等的影响,使其具有不同于常规体相材料的特殊的磁性质。这也使其在工业、生物医药等领域有着特殊的应用。（一）生物医药 磁性高分子微球（也称免疫磁性微球）是一种由磁性纳米颗粒和高分子骨架材料制备而成的生物医用材料，其中的高分子材料包括聚苯乙烯、硅烷、聚乙烯、聚丙烯酸、淀粉、葡聚糖、明胶、白蛋白、乙基纤维素等，骨架 .用 能长期稳定的存在，不产生沉淀与分离。目前，磁性流体已经广泛应用于选矿技术、精密研磨、磁性液体阻尼装置、磁性液体密封、磁性液体轴承、磁性液体印刷、磁性液体润滑、磁性液体燃料、磁性液体染料、磁性液体速度传感器和加速度传感器、磁性液体变频器、磁性液体陀螺仪、水下低
磁性纳米材料的制备及应用前景
磁性纳米材料的制备及应用前景 摘要：磁性纳米材料因其具有独特的性质，在现代社会中有着广泛的应用，并越来越受到人们的关注。本文主要介绍了磁性纳米材料的制备及应用前景，概述了纳米磁性材料的制备方法，如机械球磨法，水热法，微乳，液法，超声波法等，总结了纳米磁性材料在实际中的应用，并对其研究前景进行了展望。 Abstract: magnetic nanomaterials due to their unique properties, in the modern society has a wide range of applications, and people pay more and more attention. This paper mainly introduces the magnetic nanometer material preparation and application prospect of nano magnetic materials, summarized the preparation methods, such as mechanical ball milling method, hydrothermal method, microemulsion, liquid method, ultrasonic method, summarizes the nanometer magnetic materials in practical application, and the research prospect.
前言 纳米材料因其尺寸小而具有普通块状材料所不具有的特殊性质，如表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，从而与普通块状材料相比具有较优异的物理、化学性能。磁性纳米材料由于其在高密度信息存储，分离，催化，靶向药物输送和医学检测等方面有着广泛的应用，已经受到了广泛关注。磁性复合纳米材料是以磁性纳米材料为中心核，通过键合、偶联、吸附等相互作用在其表面修饰一种或几种物质而形成的无机或有机复合材料。由于社会的发展和科学的进步，磁性纳米材料的研究和应用领域有了很大的扩展。磁性材料在信息存储、传感器和磁流体等传统学科领域有着重要的应用。随着纳米材料科学与技术的发展，纳米磁性材料的应用开发日益引起人们的关注，特别是在提高 信息存储密度、微纳米器件和生物医学领域的应用潜力巨大。目前普遍采用化学法制备铁氧体磁性纳米颗粒，具体有溶胶～凝胶法、化学共沉淀法等，而由于生物合成的磁性纳米颗粒表现出更优良的性质。 1.磁性纳米材料的特点 量子尺寸效应：材料的能级间距是和原子数N 成反比的，因此，当颗粒尺度小到一定的程度，颗粒内含有的原子数N 有限，纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道，能隙变宽。当这能隙间距大于材料物性的热能，磁能，静电能，光子能等等时，就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。 小尺寸效应：当粒子尺度小到可以与光波波长，磁交换长度，磁畴壁宽度，传导电子德布罗意波长，超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时，原有晶体周期性边界条件破坏，物性也就表现出新的效应，如从磁有序变成磁无序，磁矫顽力变化，金属熔点下降等。 宏观量子隧道效应：微观粒子具有穿越势垒的能力，称为量子隧道效应。而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中，发现宏观磁学量如磁化强度，磁通量等也具有隧道效应，这就是宏观量子隧道效应。它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。 2. 磁性复合纳米材料的制备方法 2.1水热合成法 水热合成法是液相中制备纳米粒子的一种新方法。一般是在100~300摄氏度温度下和高气压环境下使无机或有机化合物与水化合，通过对加速渗透析反应和物理过程的控制，得到改进的无机物，再过滤，洗涤，干燥，从而得到高纯，超细的各类微粒子。研究发现以FeC13为铁源，AOT为表面活性剂，N2H4·H20（50%）为还原剂水热合成 Fe3O4纳米颗粒时，反应温度和时间，表面活性剂和还原剂浓度对最终产物的尺寸形貌、分散性和磁性有明显影响。还有通过调节水热反
磁性纳米材料制备
合肥学院 Hefei University 化学与材料工程系 题目：磁性纳米材料的合成 班级：13化工（3）班 组员：赵康智、蒋背背、朱英维、高宗强、 1303023045、1303023004、1303023039、学号： 1303023036、13030230
摘要 磁性纳米材料由于具有表面效应、量子尺寸效应,以及超顺磁性等优异的特性,引起了世界各国研究工作者的高度重视。磁性纳米材料的性能与其组成、结构及纳米粒子的稳定性密切相关,因此制备粒径均匀,组成、结构稳定的纳米粒子是其应用的关键。 关键词: 磁性纳米材料;化学合成 正文 一、磁性纳米材料的性能 磁性纳米材料具有纳米材料所共有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。同时由于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级,如磁单畴尺寸、超顺磁性临界尺寸、交换作用长度、以及电子平均自由路程等。当磁性材料结构尺寸与这些特征物理长度相当时,就会呈现反常的磁学性质,从而体现出与块体材料和原子团簇不同的特性。磁性纳米材料主要的磁特性可归纳如下:（1）饱和磁化强度；（2）矫顽力；（3）单磁畴结构；（4）居里温度；（5）超顺磁性。 二、磁性纳米材料的合成制备方法 当粒子尺寸减小到纳米量级时,颗粒的尺寸、形貌和晶体结构都会影响材料的性能和应用。而能够制备出尺寸、形貌和晶体结构可控的磁性金属纳米颗粒一直是人们研究的重点和难题。因此,探索通过简单的方法制备出满足应用需要的,尺寸、形貌及晶体结构可控的金属磁性纳米材料对推动纳米科技的发展的具有重要意义。常用的制备磁性金属纳米粒子的方法主要包括:溅射法、机械研磨法和化学合成方法。机械研磨法往往需要要高纯度的金属原材料,并消耗大量能量用于均匀化反应物,反应时间长,而且易引入杂质,所得晶粒不够完整,分散性不够好。同时,为弥补金溅射法属在熔化过程中的挥发损失,往往需要过量的稀土元素。化学方法在制备金属磁性纳米材料方面却能够有效减少成本,反应物易于均匀化,反应过程易于操作,且显著降低了反应所需温度。另外,化学合成法在控制产物组成和颗粒尺寸方面也具有一定的优越性。因此,化学合成法成为合成纳米材料的重要方法。