功能磁性纳米材料

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磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究

磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究

磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究磁性纳米材料是一种具有特殊磁性性质和微小尺寸的纳米粒子,其应用领域广泛,尤其在生物医学领域中具备巨大的潜力。

本文将重点探讨磁性纳米材料在生物医学领域中的应用研究进展,涉及其在诊断、治疗和生物分析等方面的应用。

一、磁性纳米材料在医学诊断中的应用1. 磁共振成像(MRI)磁性纳米材料具有优异的磁性性能,可作为MRI对比剂,提高诊断的准确性和敏感性。

通过将磁性纳米材料注射到患者体内,可以更清晰地展现组织和器官的结构,检测疾病的早期变化。

2. 磁性粒子法磁性纳米粒子可以与药物或抗体等生物标志物结合,通过外加磁场作用,将其靶向输送至病变部位,实现对疾病的定位和治疗。

这种磁性粒子法已广泛应用于肿瘤治疗、心脑血管疾病诊断与治疗以及传统药物的改良。

二、磁性纳米材料在医学治疗中的应用1. 靶向治疗利用磁性纳米材料的磁性效应,将其与药物结合,可以实现药物的靶向输送,减少对正常细胞的损害,提高治疗效果。

例如,通过将磁性纳米材料修饰在药物分子上,可以实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。

2. 热疗磁性纳米材料在外加磁场的作用下产生剧烈的磁性加热效应,可用于局部热疗。

将磁性纳米材料注射到肿瘤组织中,通过对磁场加热,使肿瘤组织局部升温,达到杀灭肿瘤的目的。

这种热疗方法具有非侵入性、无辐射的特点,被广泛应用于肿瘤治疗领域。

三、磁性纳米材料在生物分析中的应用1. 生物标记磁性纳米材料可以作为生物标记物,通过与生物分子(如蛋白质、抗体等)结合,实现对生物分子的检测和定量分析。

磁性纳米材料的磁性效应可通过磁性检测方法进行分析,具备高灵敏度和快速反应的特点。

2. 磁性免疫分析磁性纳米材料结合传统的免疫分析方法,可以实现对生物样品中微量成分的快速检测。

通过对磁性纳米材料的修饰和功能化,可以提高检测的灵敏度和选择性,并且实现高通量、自动化的分析过程。

总结:磁性纳米材料在生物医学领域中的应用研究已取得了许多令人瞩目的进展。

新型磁性纳米功能材料Fe3O4@g-C3N4的制备及其吸附铀的性能研究

新型磁性纳米功能材料Fe3O4@g-C3N4的制备及其吸附铀的性能研究

科研开发化工科技,2017,25(6):27~32S C I E N C E &T E C HN O L O G YI NC H E M I C A LI N D U S T R Y∗基金项目:国家自然科学基金青年基金项目(A 050409);南华大学2016年核资源与环境大学生创新训练中心创新实验项目.作者简介:龙㊀威(1983G),男,湖南湘潭人,南华大学实验师,博士,主要从事新型功能材料与放射化学方面的研究.收稿日期:2017G07G16新型磁性纳米功能材料F e 3O 4@gGC 3N 4的制备及其吸附铀的性能研究∗龙㊀威1,2,李紫艳1,符志鹏1,祖㊀秀1,唐㊀凯1,杨星月1(1.南华大学化学化工学院,湖南衡阳421001;2.南华大学期刊社,湖南衡阳421001)摘㊀要:利用沉积还原法制备了一种新型磁性功能纳米吸附材料F e 3O 4@g GC 3N 4并应用于铀的吸附性实验中,获得了较好的吸附性能评价.表征方法表明,材料g GC 3N 4包裹在磁性F e 3O 4纳米粒子的外部,其吸附材料物理组织结构得到提升,吸附铀的性能较好.吸附实验表明,在质量浓度为140m g/L 的铀标准溶液中,最佳的p H 值为10,最佳的吸附剂投入量为6.5m g ,最佳吸附时间为150m i n ,最大吸附量可达352.1m g /g,最佳吸附率可达到90%以上.关键词:F e 3O 4@g GC 3N 4;含铀废水;吸附;纳米功能材料中图分类号:T L 94;O614.8㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1008G0511(2017)06G0027G06D O I :10.16664/j .c n k i .i s s n 1008G0511.20170907.001㊀㊀网络出版时间:2017G09G07㊀14:13:46网络出版地址:h t t p ://k n s .c n k i .n e t /k c m s /d e t a i l /22.1268.t q.20170907.1413.002.h t m l ㊀㊀随着核技术的发展和核能的利用,作为自然界最普遍的不可再生的清洁能源核燃料铀(U r a Gn i u m ),已经成为了世界上最重要的战略资源之一[1].据统计,世界上已知铀总量仅约为500万t ,而可用于核反应的天然铀不足5%,并且大多数核工业对核燃料铀的利用率普遍低于10%.由于人类在开发和利用铀资源时不可避免地产生大量放射性废渣和废液,不仅对周围植被㊁水源和土壤产生不可逆转的危害,而且对人类健康也会产生极大的威胁[2].因此,无论是从废料中回收微量铀以提高铀资源的利用率还是要减小铀污染对环境的危害,研发和探究铀的新型吸附功能化材料都具有较大的意义[3].铀(U )是元素周期表中第七周期第三副族元素,锕系元素之一,是重要的天然放射性元素,半衰期比较长,工业污水中的铀对环境有重大危害[4].国内对含铀污水的处理有较多的报道[5G8],大都是利用天然矿石㊁微生物㊁生物质材料等加工成新型吸附材料,进行直接吸附.近年来,我国科研人员进行了以稻谷壳㊁酵母菌等相关纤维素为原料对铀的吸附实验,取得了较大的科学研究进展[9G10],但对铀的吸附率仍不理想,吸附材料的稳定性和活性成为继续研究的热点.国外大多数研究者也同样利用天然矿物㊁微生物㊁生物质材料等进行了一系列的对比研究,典型代表如 Y u c c a M o u n t a i n工程[11],直接利用含天然矿石等物质的土壤等对U ㊁S r ㊁C s 等核素进行吸附实验,从而计算出核素在不同材料中的吸附百分数,同时探讨了溶液组成㊁核素浓度㊁温度及固相粒径对核素吸附性的影响.D ji m b i 等[12]则结合表面络合模型理论,主要对放射性的元素铀㊁钍等在进行吸附实验水溶液中的表面化学行为进行研究,从而总结出吸附规律,取得了较好的结果.然而,吸附材料的活性和选择性是含铀污水处理的关键,仍未获得一种非常理想的材料用于工业化,其关键是常规性材料吸附效率不高,吸附性高的材料昂贵难制备,因此,探索新型高效吸附除铀的功能材料仍旧是一个非常新兴热门的领域[13].新型磁性纳米功能化复合材料采用廉价易得的良好材料为母体,通过特殊的制备技术形成独特的纳米功能化材料,包含着带有磁性的F e3O4粒子,具有优异的吸附性能已被科学界公认[14].最近,一种新的非金属材料gGC3N4引起了众多学者的关注,实验表明其具备良好的光生电子和空穴复合率,可直接来源于三聚氰胺的热分解,在光催化㊁新材料制备领域的运用已获得了成功[15G16].作者选择制备新型F e3O4@gGC3N4功能纳米材料用于含铀污水的净化处理,取得了较好的效果,其研究在国内外尚未报道,因此,开发此种新型功能纳米材料具有重要的科学价值和深远的意义.1㊀实验部分1.1㊀试剂与仪器硝酸双氧铀㊁偶氮胂Ⅲ㊁三聚氰胺㊁三聚氰酸㊁尿素㊁十二烷基苯磺酸钠㊁三氯化铁㊁氨水㊁无水乙醇㊁乙酸㊁乙酸钠:分析纯,市售;另自制不同浓度乙酸G乙酸钠的缓冲溶液备用.超声波清洗器:D FG3510D T H,昆山市超声仪器有限公司;集热式恒温加热磁力搅拌器:D FG101S,郑州长城工贸有限公司;电热鼓风干燥箱:101G2A B,上海精宏实验设备有限公司;精密增力电动搅拌器:J JG1,巩义市予华仪器有限责任公司;水浴恒温振荡器:S H YG2A,长沙市天恒科学仪器设备有限公司;p H计:p HG3c,上海市仪电科学仪器股份有限公司;真空干燥箱:D Z FG6020A,郑州市长城工贸有限公司;红外光谱仪:P r e s t i g eG21,美国T h e r m oF i s h e r S c i e n t i f i cC o.,L t d.;扫描电镜:X L,日本S h i m a d z uC o.,L t d.;X射线衍射仪:D8GA d v a c e,日本R i g a k uC o.,L t d.;比表面积分析仪:N O V A2200e,美国Q u a n t a c h r o m eC o., L t d.;紫外可见光分光光度计:UG3900,上海驿淼环境技术有限公司;电子天平:F A2004,上海光正医疗仪器有限公司;管式炉:O T FG1200X,合肥科晶材料技术有限公司.1.2㊀磁性纳米功能材料F e3O4@gGC3N4的制备将三聚氰胺㊁三聚氰酸和尿素以质量比为30ʒ10ʒ1小心混合,经充分研磨均匀后放入管式炉内,在氮气气流的持续保护下以600ħ的温度煅烧6h后自然冷却,形成淡黄色的块状固体,经充分研磨后形成粉末状的gGC3N4固体待用.在一洁净的带有磁石的烧杯中加入少许蒸馏水,添加适当的三氯化铁(约为gGC3N4质量的10%)固体,室温下搅拌均匀使三氯化铁充分溶解形成均匀的黄色液体.称取0.2g的十二烷基苯磺酸钠加入,投入一定量的gGC3N4粉末后持续搅拌至均匀透明.然后将p H计的传感器连入,小心滴入浓氨水至p H=3.5,搅拌6h后呈均匀状态.将烧杯移入微波清洗器内室温下振荡清洗1h后移入鼓风干燥箱于110ħ干燥一晚,冷却㊁取出研磨至粉末,小心地用去离子水洗涤固体粉末后,继续放入鼓风干燥箱于110ħ下持续干燥10h,冷却后取出研磨至粉末,后置于真空干燥箱45ħ干燥6h,冷却㊁研磨后于管式炉中在N2保护下350ħ高温焙烧3h后转入H2氛围内连续还原2h,再转换在N2保护下降温冷却,形成磁性功能的吸附材料备用.1.3㊀吸附铀测定实验取质量浓度为100m g/L的铀标准溶液1.00m L置于1000m L容量瓶中,加入超纯水定容,配置成100μg/L铀储备液,置于聚四氟乙烯瓶内待用.每次实验时取配置好10m L的铀标准液于50m L锥形瓶内,加入一定量的缓冲溶液配制成指定p H值的溶液,静止24h待稳定后,加入一定质量的上述已制备的吸附材料,超声分散30m i n后,置于恒温水浴振荡器中以160r/m i n的转速连续振荡若干时间,直至反应达到平衡.取静置3h的吸附后液体进行离心分离处理,取1m L的上层清液加入装有偶氮胂Ⅲ的10m L的容量瓶中,再测定其p H值,如果不合格,可以加入一定量的缓冲溶液调节至10m L备测.采用分光光度法测定铀酰离子的质量浓度,标准浓度的溶液曲线选择波长为652n m为最佳测试波长,取不同质量浓度的铀标准溶液测定吸附标准曲线,用于直接判定吸光度和铀质量浓度的线性关系.当吸附平衡后,可直接测吸光度而读出溶液中ρ(铀酰离子),根据吸附前后ρ(铀酰离子)可以计算出该材料对铀酰离子的吸附量Q(m g/g)和吸附率(%),其相关计算公式类似于文献上通用的计算方法[6,14,17],吸附量Q=(ρ0-ρ)V/m;吸附率=(ρ0-ρ)ˑ100%/ρ0,其中ρ0和ρ分别为铀酰离子的初始质量浓度和吸附后的平衡质量浓度,m g/L;V为吸附溶液的体积,L;m为吸附剂的质量,g.82 ㊀㊀㊀化㊀工㊀科㊀技㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第25卷2㊀结果与讨论2.1㊀材料表征2.1.1㊀红外表征将材料gGC3N4与F e3O4@gGC3N4分别进行红外光谱的表征,结果见图1.σ/c m-1图1㊀功能吸附材料的红外光谱图由图1可见,两图形状轮廓基本一致,在远红外区3130c m-1处存在着较大的吸收峰,随着磁性F e3O4纳米粒子的引入,此吸收峰面积有所减少,这是由于两者相互作用形成的粒子变大振动变小的缘故;近红外的1340c m-1区域的峰形基本一致,表明其gGC3N4的基本骨架特征没有发生重大变化,因此,粒子gGC3N4与F e3O4发生了较好的结合和包合行为.2.1.2㊀B E T表征分析固体吸附材料的物理组织结构可以通过B E T表征来识别,其多孔性结构和孔径大小㊁分布等能直接展示材料的吸附性能.材料gGC3N4与F e3O4@gGC3N4分别进行B E T表征,分析结果见表1.表1㊀磁性功能纳米粒子的B E T分析结果粒子比表面积/(m2 g-1)平均孔径/n m平均孔容/(c m3 g-1)F e3O4@gGC3N423.1316.700.10gGC3N48.0320.950.04由表1可见,虽然材料gGC3N4的比表面积较小,但孔径较大,可以容纳和接受磁性的F e3O4粒子,而两者结合后孔径变小,表明磁性的F e3O4粒子进入了材料gGC3N4的孔道内部,导致比表面积增加,产生了较多的微孔结构,使得孔容也明显增加,这就直接改良了材料的微观组织结构,有利于更好发挥吸附性能.B E T表征分析得到的N2G吸附脱附图见图2,孔径分布见图3.p/p0图2㊀功能吸附材料的N2G吸附脱附图孔径/n m图3㊀功能吸附材料的孔径分布图对比由图2可见,材料gGC3N4的N2回滞环不规则,与磁性纳米F e3O4粒子结合后N2回滞环明显改善,且出现了其介孔材料的回滞环特征;由图3孔径分布图中可以看出,材料gGC3N4的孔径分布不集中,大多集中在20~45n m区域,而与磁性纳米F e3O4粒子结合后,孔径分布主要集中在了4~6n m区域,这充分说明了F e3O4@gGC3N4是非常规则且比较优良的多孔性材料.2.1.3㊀X R D分析与S E M表征为了验证已制备的磁性功能纳米材料,对样品进行了X R D表征,其光谱图见图4.由图4可见,样品出现了2θ分别在28.2ʎ㊁43.4ʎ㊁63.1ʎ及82.7ʎ等衍射峰,对应的F e的晶型标于图4中,这属于混合晶型的F e3O4衍射峰,与文献[8G9]提及的基本一致,而无F e0㊁F e2+㊁F e3+的单独衍射峰,进一步说明磁性吸附纳米材料F e3O4@gGC3N4已制备成功.92第6期龙㊀威,等.新型磁性纳米功能材料F e3O4@gGC3N4的制备及其吸附铀的性能研究㊀㊀㊀2θ/(ʎ)图4㊀功能吸附材料的X R D光谱图电子扫描显微镜能进一步观察材料的微观形貌和结构,见图5.图5㊀功能吸附材料的S E M图由图5可见,在放大了5000倍的扫描电镜图中,得到了半透明且光亮的gGC3N4材料表面,呈近似椭圆形大颗粒状,这表明gGC3N4已经完全包裹了内部的F e3O4纳米粒子,这也证实了单独的gGC3N4材料具备作为一种良好吸附剂的能力,可以较好地包裹其它纳米粒子.2.2㊀吸附性能实验2.2.1㊀p H环境对吸附性能的影响在20m Lρ(铀酰离子)=140m g/L的溶液中,加入了6m g的吸附剂,调节溶液不同的p H 值,获得了不同的吸附性能实验数据见图6.p H图6㊀p H值对铀吸附实验的影响由图6可见,p H=10时,吸附性能达到最大,而随着p H值的继续增加,吸附剂的吸附量逐渐下降.说明较强的酸性或碱性环境下,吸附行为都得不到理想状态,在中性偏弱碱性的环境下,吸附剂F e3O4@gGC3N4材料对铀的吸附效率最佳.2.2.2㊀吸附剂用量对吸附性能的影响在上述基础上,选择p H=10㊁ρ(铀酰离子)=140m g/L的溶液20m L中,分别加入不同质量的磁性功能吸附剂,其吸附性能见图7.m(吸附剂)/m g图7㊀m(吸附剂)对铀吸附实验的影响由图7可见,随着吸附剂用量的增加,吸附率在逐步提升,当吸附剂用量在6~7m g时吸附率达到最大,之后吸附率不再明显增加,而单位吸附量由于投入的吸附剂质量太大而逐步下降,因此,最佳的m(吸附剂)=6~7m g.2.2.3㊀吸附时间对吸附性能的影响同样,在20m Lρ(铀酰离子)=140m g/L的的溶液中,加入6.5m g吸附剂,加入缓冲溶液体系调节p H=10的条件下,考察了吸附时间对吸附性能的影响,结果见图8.t/m i n图8㊀吸附时间对吸附实验的影响由图8可见,随着时间的不断增多,吸附量和吸附率均增大,当时间达到140m i n时,其吸附率03 ㊀㊀㊀化㊀工㊀科㊀技㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第25卷已经达到最大稳定值,对应吸附量为352.1m g/g.虽然吸附速率不快,但是最大吸附率超过90%,因此最佳吸附时间应控制在150m i n.2.2.4㊀铀初始质量浓度对吸附性能的影响铀的初始质量浓度对吸附性能也有较大影响,较大的初始浓度下所需的吸附剂质量大㊁时间长.通过配置ρ(铀酰离子)=20~200m g/L,加入缓冲溶液调节p H=10,控制吸附时间为150m i n及6.5m g吸附剂,探究了初始ρ(铀酰离子)对铀吸附性能的影响,结果见图9.ρ(铀酰离子)/(m g L-1)图9㊀初始ρ(铀酰离子)对吸附性能的影响由图9可知,随着溶液中铀初始质量浓度的增加,在一定范围内吸附量增多会导致吸附率下降,这是因为当吸附剂质量固定时,U O2+2浓度低时吸附剂的活性位点充足,吸附作用发生的速度快,达到的吸附率就高;当吸附达到饱和以后,再次增加U O2+2的浓度,吸附量不会继续增大,所以吸附率就会出现下降趋势.通过实验表明:最佳吸附初始ρ(铀酰离子)=140m g/L,最大吸附量可达到352.1m g/g.通常来说,吸附剂的吸附量超过200m g/g 视为优良有效的吸附剂.通过实验探究了活性炭㊁分子筛㊁γGA l2O3㊁硅胶等作为吸附载体,虽然也引入了磁性的F e3O4纳米粒子,但效果均不如F e3O4@gGC3N4材料,这可能是因为载体材料与gGC3N4分子不同,主要与包裹性能有关,可使用分子模拟等手段来证实,且有待进一步探究和验证.3㊀结㊀论制备了一种新型磁性纳米吸附材料F e3O4@gGC3N4,通过表征分析了材料的结构和性能,同时通过大量的吸附性能实验探究了外界条件对吸附性能的影响,得到了较好的结果.(1)gGC3N4材料可以用于包合磁性的F e3O4纳米粒子,包合后比表面积增加,孔结构分布均匀,吸附性能增加,可用于溶液中的铀的吸附; (2)吸附材料F e3O4@gGC3N4对铀有较好的吸附性能,在p H=10㊁ρ(铀酰离子)=140m g/L 的20m L溶液中,吸附的最佳质量为6.5m g㊁吸附时间为150m i n,最大吸附量可达352.1m g/g,最佳吸附率可达到90%;(3)相较常见的活性炭㊁分子筛㊁γGA l2O3㊁硅胶等吸附材料,磁性的F e3O4@gGC3N4材料体现出优良的吸附铀性能,可用于工业污水中铀的吸附和去除,具有重要的科学意义.致谢本论文的实验研究过程受到了南华大学 核资源与环境大学生创新训练中心 2016年创新实验项目的大力资助,在此表示感谢.参㊀考㊀文㊀献:[1]㊀张晓峰,陈迪云,彭燕,等.丁二酸改性茶油树木屑吸附铀的研究[J].环境科学,2015,36(5):1686G1693.[2]㊀赖忠俊,张志宾,戴荧,等.碳基吸附材料吸附铀的研究现状[J].湿法冶金,2016,35(3):183G188.[3]㊀刘军,张志宾,陈金和,等.钙G铀G碳酸络合物对红土吸附铀性能的影响[J].原子能科学技术,2015,49(8):1359G1365.[4]㊀肖方竹,何淑雅,彭国文,等.功能化磁性载体固定耐辐射奇球菌及其对铀的吸附行为与机理[J].中国有色金属学报,2016,26(7):1568G1575.[5]㊀胡建邦,袁亚莉,唐琼,等.氨基化改性F e3O4@S i O2复合磁性材料的制备以及对U(V I)的吸附研究[J].应用化工,2012,41(12):2067G2070.[6]㊀高阳阳,袁亚莉,胡建邦,等.磁性胺肟基功能化C M C对铀酰离子的吸附行为研究[J].应用化工,2014,43(3):427G431.[7]㊀WA N G G H,L I UJ S,WA N GXG,e t a l.A d s o r p t i o n o f u r aGn i u m(V I)f r o ma q u e o u s s o l u t i o n o n t o c r o s sGl i n k e d c h i t o s a n[J].J o u r n a l o fH a z a r d o u sM a t e r i a l s,2009,168(2/3):1053G1058.[8]㊀L I UJ,Z H O U Y,L I U F,e ta l.O n eGp o t s y n t h e s i so fm e s oGp o r o u s i n t e r c o n n e c t e d c a r b o nGe n c a p s u l a t e dF e3O4n a n o s p hGe r e s a ss u p e r i o ra n o d e sf o rL iGi o nb a t t e r i e s[J].R S C A dGv a n c e s,2012,2(6):2262G2265.[9]㊀C H 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f t h e a d s o r p t i o n p e r f o r m a n c e t o u r aGn i u m.S o m e c h a r a c t e r i z a t i o n s r e s u l t sw e r eu s e dt os h o wt h a t t h e gGC3N4p a r t i c l e s i sw r a p p e da r o u n d t h em a g n e t i cF e3O4n a n o p a r t i c l e s,a n d t h e p h y s i c a l s t r u c t u r e o f t h e a d s o r b e dm a t e r i a l i s i m p r o v e d,s o t h e a d s o r p t i o n p e r f o r m a n c e o f u r a n i u mi sb e t t e r.A d s o r p t i o ne x p e r i m e n t sw e r eu s e d t os h o wt h a t t h e b e s t p Hv a l u e i s10,t h eb e s td o s a g eo f a d s o r b e n t i s6.5m g a n dt h eo p t i m u ma d s o r p t i o nt i m e i s150m i n i n t h e140m g/Lu r a n i u mGc o n t a i n e ds o l u t i o ns y s t e m,t h e m a x i m u m a d s o r p t i o nc a p a c i t y i su p t o 352.1m g/g a n d t h eb e s t a d s o r p t i o n r a t e c a n r e a c h t o90%.K e y w o r d s:F e3O4@gGC3N4;U r a n i u mGc o n t a i n i n g w a s t e w a t e r;A d s o r p t i o n;N a n om a t e r i a l 23 ㊀㊀㊀化㊀工㊀科㊀技㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第25卷。

磁性纳米材料

磁性纳米材料

磁性纳米材料磁性纳米材料是指具有纳米尺度的磁性特性的材料。

由于其特殊的结构和性质,磁性纳米材料在科学研究和工业应用中具有广泛的应用前景。

磁性纳米材料具有以下几个特点:首先,磁性纳米材料具有较大的比表面积。

纳米材料由于其尺寸较小,其比表面积较大,因此磁性纳米材料具有更高的活性。

其次,磁性纳米材料具有优异的磁性能。

磁性纳米材料具有较高的矫顽力和剩磁,因此具有较高的磁导率和饱和磁感应强度。

此外,磁性纳米材料还具有优异的磁畴特性和磁矩特性。

再次,磁性纳米材料可通过外界磁场进行控制。

磁性纳米材料中的磁矩会对外界磁场做出响应,因此可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的性质和行为。

磁性纳米材料在科学研究领域具有广泛的应用。

一方面,磁性纳米材料可以用于磁共振成像(MRI)、细胞分离、基因和药物传递、磁性流体和磁性流体密封等医学领域。

由于纳米材料具有较高的比表面积和强大的磁性能,因此可以提高MRI的分辨率和灵敏度,并且可以在细胞分离和基因药物传递等领域具有广泛的应用前景。

另一方面,磁性纳米材料也可以应用于磁记录和磁传感等信息技术领域。

磁性纳米材料可以用作磁性存储介质,由于其较大的磁畴特性和独特的磁矩特性,能够提高磁记录的存储密度和读写速度。

此外,磁性纳米材料还具有广泛的应用前景。

例如,磁性纳米材料可以应用于环境领域,用于水处理和废水处理。

由于纳米材料具有较大的比表面积,可以提高水中杂质的吸附和去除效果。

另外,磁性纳米材料还可以应用于能源领域,例如用于催化剂的支撑材料、锂离子电池和燃料电池的电极材料等。

总之,磁性纳米材料具有广泛的应用前景,可以在医学、信息技术、环境和能源等领域发挥重要作用。

随着纳米技术的不断发展和应用的扩大,磁性纳米材料的研究和应用将会进一步深入。

功能材料有哪些

功能材料有哪些

功能材料有哪些功能材料是指具有特定功能、性能或特性的材料。

它们被广泛应用于各个领域,如电子、能源、医疗、环境等。

本文将介绍一些常见的功能材料及其应用领域。

1. 半导体材料半导体材料是一类在温度范围内具有中等电导率的材料。

它们在电子学中起着重要的作用,被用于制造各种电子器件,如晶体管、集成电路、太阳能电池等。

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。

2. 光学材料光学材料是指具有特定的光学性能的材料。

它们能够改变光的传播、发射、吸收等特性,被广泛应用于光学器件和光学系统中。

例如,玻璃是一种常见的光学材料,它被用于制造光学透镜、光纤等。

3. 磁性材料磁性材料是指在外加磁场作用下表现出磁性的材料。

它们具有吸引或排斥磁性的特性,在电子设备、电力系统和磁存储等领域得到广泛应用。

常见的磁性材料有铁、钴、镍等。

生物材料是指用于医学和生物科学领域的材料。

它们具有生物相容性、生物活性和生物可降解等特性,被用于制造人工关节、植入物、药物传递系统等。

常见的生物材料有金属、陶瓷、聚合物等。

5. 复合材料复合材料是由两种或更多种材料组合而成的复合材料。

通过不同材料的组合,它们能够提供超过单一材料的力学、电磁、热学等性能。

复合材料被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

常见的复合材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。

6. 纳米材料纳米材料是指颗粒尺寸在1到100纳米之间的材料。

由于其特殊的性质,纳米材料在电子学、光学、医学和催化等领域具有广泛应用。

常见的纳米材料有纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜等。

7. 能源材料能源材料是指用于能量转换和存储的材料。

它们能够将一种形式的能量转化为另一种形式的能量,并在能源领域发挥重要作用。

常见的能源材料有锂离子电池材料、太阳能电池材料等。

催化材料是一类能够加速化学反应速度、降低反应温度或改善反应选择性的材料。

它们在化学工业、环境保护和能源转化中扮演着重要角色。

常见的催化材料有金属催化剂、氧化物催化剂等。

纳米磁性功能复合材料

纳米磁性功能复合材料

纳米磁性功能复合材料摘要:磁性功能材料一直是国民经济和军事领域的重要基础材料。

早在1930年,Fe3O4 微粒就被用来做成磁带;此后,Fe3O4粉末和粘合剂结合在一起被制成涂布型磁带;后来,又采用化学共沉淀工艺制成纳米Fe3O4磁性胶体,用来观察磁畴结构。

20世纪60年代磁性液体的诞生亦与此有着密切的关系。

如今,磁性功能材料广泛的应用于通信、自动控制、电信和家用电器等领域,在信息存储、处理和传输中已经成为不可缺少的组成部分,尤其在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。

面对纳米科技的发展浪潮,磁性材料无论在研究领域还是在应用领域,都已取得了长足的进步。

在磁性材料方面,量子理论的发展与磁性材料的结合,使得磁性材料的发展进入材料设计阶段。

正文:纳米磁性功能复合材料一、纳米磁性功能复合材料的定义。

<1>、磁性复合材料:以高分子材料为基体与磁性功能体复合而成的一类功能材料。

常用的磁性材料主要有铁磁性的软磁材料和硬(永)磁材料。

软磁材料的特点是低矫顽力和高磁导率。

硬磁材料则表现在高矫顽力和高磁能积。

除了上述磁性材料外,尚有铁磁材料和反(逆)铁磁材料。

<2>、纳米材料:尺度为1~100nm的超微粒经压制、烧结或溅射而成的凝聚态固体。

它具有断裂强度高、韧性好、耐高温等特性。

<3>、纳米复合材料:分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。

二、纳米磁性微粒的磁学特性。

<1>磁畴结构:磁畴(Magnetic Domain)理论是用量子理论从微观上说明铁磁质的磁化机理。

所谓磁畴,是指磁性材料内部的一个个小区域,每个区域内部包含大量原子,这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列,但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同,如图所示。

各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。

宏观物体一般总是具有很多磁畴,这样,磁畴的磁矩方向各不相同,结果相互抵消,矢量和为零,整个物体的为零磁距,它也就不能吸引其它磁性材料。

纳米磁性材料

纳米磁性材料

纳米磁性材料
纳米磁性材料是一种具有特殊磁性性质的材料,其尺寸在纳米级别范围内。

由于其独特的结构和性能,纳米磁性材料在磁性材料领域具有重要的应用前景。

本文将对纳米磁性材料的特性、制备方法以及应用进行介绍。

首先,纳米磁性材料具有特殊的磁性特性。

由于其尺寸处于纳米级别,纳米磁性材料表现出与传统磁性材料不同的磁性行为。

例如,纳米磁性材料可能表现出更强的磁性、更高的磁饱和强度以及更低的磁滞回线。

这些特殊的磁性特性使得纳米磁性材料在磁记录、磁传感器和磁医学等领域具有重要的应用价值。

其次,纳米磁性材料的制备方法多种多样。

目前,常见的纳米磁性材料制备方法包括溶剂热法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法等。

这些方法能够控制纳米磁性材料的形貌、尺寸和结构,从而调控其磁性能。

例如,通过调节制备条件和控制合成过程,可以制备出具有不同磁性特性的纳米磁性材料,满足不同领域的需求。

最后,纳米磁性材料在多个领域具有广泛的应用。

在磁记录领域,纳米磁性材料被用于制备高密度、高稳定性的磁记录介质,推动了信息存储技术的发展。

在磁传感器领域,纳米磁性材料被应用于制备高灵敏度、高分辨率的磁传感器,用于地磁探测、生物医学成像等领域。

在磁医学领域,纳米磁性材料被用于制备靶向性药物输送系统,实现对肿瘤的靶向治疗。

综上所述,纳米磁性材料具有特殊的磁性特性,其制备方法多样,应用领域广泛。

随着纳米技术的发展和磁性材料研究的深入,相信纳米磁性材料将在更多领域展现出其独特的优势和潜力。

磁性纳米材料

磁性纳米材料

磁性纳米材料
磁性纳米材料是一种具有特殊磁性的纳米级材料,具有广泛的应用前景。

磁性纳米材料的磁性来源于其微观结构和组成,通常包括铁、镍、钴等金属或合金。

这些材料在纳米尺度下具有独特的磁性行为,因此被广泛应用于磁记录、生物医学、磁性流体、传感器等领域。

首先,磁性纳米材料在磁记录领域具有重要应用。

由于其微小的尺寸和优异的磁性特性,磁性纳米材料被广泛用于磁盘存储、磁带存储等领域。

相比传统的磁性材料,磁性纳米材料具有更高的磁记录密度和更快的磁记录速度,能够大大提高存储设备的性能。

其次,磁性纳米材料在生物医学领域也有重要应用。

通过将药物包裹在磁性纳米材料上,可以实现靶向输送,提高药物的生物利用度和疗效,减少药物对健康组织的损伤。

此外,磁性纳米材料还可以作为磁共振成像(MRI)的对比剂,提高影像的清晰度和对比度,有助于医生更准确地诊断疾病。

另外,磁性纳米材料还被广泛应用于磁性流体和传感器领域。

磁性流体是一种由磁性纳米颗粒悬浮在载体液体中形成的流体,具有良好的磁响应性和流变性能,可以用于制备磁性密封、磁性制动器、磁性悬浮等产品。

而磁性纳米材料制备的传感器具有灵敏度高、响应速度快、体积小等优点,可以用于环境监测、生物传感、医学诊断等领域。

总的来说,磁性纳米材料具有广泛的应用前景,其在磁记录、生物医学、磁性流体、传感器等领域的应用正在不断拓展和深化。

随着纳米技术的不断发展,相信磁性纳米材料将会在更多领域展现出其独特的价值和潜力。

纳米磁性材料

纳米磁性材料

纳米磁性材料
纳米磁性材料是指其颗粒的尺寸在纳米级别的材料,具有特殊的磁性能。

与传统磁性材料相比,纳米磁性材料具有更高的磁化强度、更低的磁化场强度、更大的磁导率、更高的剩磁和更低的矫顽力。

纳米磁性材料的应用非常广泛。

首先,纳米磁性材料在信息存储方面有着重要的应用。

由于其高磁化强度,可以制备出容量更大、速度更快的硬盘和磁带。

同时,纳米磁性材料还可以用于磁存储器和磁传感器的制备,提高了数据存储密度和读写速度。

其次,纳米磁性材料在医学方面也有着广泛的应用。

由于纳米磁性材料具有较大的表面积和较佳的生物相容性,可以用于制备纳米药物载体,实现药物在体内的定向输送、缓慢释放和靶向治疗。

此外,纳米磁性材料还可用于磁共振成像、磁性标记和磁疗治疗等领域。

再次,纳米磁性材料在环境方面也有着一定的应用前景。

纳米磁性材料可以用于水处理、废气处理和固体废物处理等方面。

例如,纳米磁性材料可用于去除水中的重金属离子和有机污染物,净化水质。

另外,纳米磁性材料还可以用于油水分离、溶剂回收和垃圾处理等领域,具有很好的应用潜力。

总的来说,纳米磁性材料由于其特殊的磁性能,具备了广泛的应用前景。

随着纳米技术的进一步发展和应用,纳米磁性材料
在各个领域中的应用将会进一步拓展,并给人们的生活和工作带来更多的便利和改变。

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主要内容
1
Fe3O4磁性纳米 材料的性质
2
3
功能化磁性纳米粒 功能化磁性纳米粒 子的制备方法 子的表征分析方法
Fe3O4磁性纳米材料的性质
在元素周期表上仅有 VIIIA区元素Fe、Co、Ni和稀土元
素中的Gd 在室温下表现有铁磁性。这些元素互相结合或与
其它不具铁磁性的元素相结合,可制得不同磁性材料。其中 又以含Fe 元素材料最为常见,由于纯Fe 纳米粒子在空气中 极易氧化,所以磁性粒子多以铁的氧化物以及铁合金纳米粒 子为主,也有关于氮化铁纳米粒子的报道。铁的氧化物又称 铁氧体(Ferrite),Fe3O4 是一种最简单的铁氧体,也是世 界上研究和应用最早的一种非金属磁性材料,其分子式可以
热重分析
Zeta 电位分析
如图为Fe3O4纳米粒子修 饰前后在不同PH环境中的 Zeta 电位曲线,未修饰的 纳米粒子等电点PI=6.12 ,人体生理环境(PH=7.4 )时的Zeta 电位为-26.6 mV,绝对值小于 30 mV ,说明裸露的Fe3O4纳米 粒子在此PH条件下不能稳 定分散。而PVA 修饰后的 磁性微球的等电PI=5.86 ,等电点较未修饰前向酸 性方向偏移。
生物医用功能化磁性纳米粒子的 制备与表征
L/O/G/O
姓名:马晓原 学号:2011F0010
前言
• 磁性纳米粒子是目前生物医用纳米材料 领域异常活跃的研究方向之一。不同方法 制备的磁性纳米粒子经不同聚合物或分子 表面改性后具有多方面的生物医学应用, 如细胞分离、核磁共振成像、靶向药物传 输、组织修复、免疫检测和磁热疗等。为 了合成能达到生物医学应用要求的功能化 磁性纳米粒子
功能磁性纳米粒子的制备方法
PVA 高分子容易形成交联凝胶网络,从而把 纳米粒子紧紧包裹在高分子微球中,可有效阻 止纳米粒子的团聚,提高分散稳定性。包覆反 应的机理如图:
功能化磁性纳米粒子的表征分析方法
FTIR 分析
(a) Fe3O4纳米粒子、(b) Fe3O4/PVA 复合微球和(c) PVA 的红外光谱图
写FeO· Fe2O3。
Fe3O4无机磁性纳米 粒子和高分子聚合物进行复合而得到的球形功能材料。 它兼具磁性纳米粒子和高分子微球的特性,既可以通过 共聚或表面改性的方法在其表面引入特殊功能基团(如COOH、-OH、-CHO、-NH2 等),通过共价键直接 结合生物酶、细胞、抗体、金属离子及有机物等;又可 以在外界磁场作用下方便迅速地分离,从而被广泛用于 固定化酶、生物分离、靶向药物等生物医学领域。其中 ,聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性的合成聚合物,动 物实验表明,其安全无害、无毒性、无刺激性,并有良 好的生物相容性,能够在体内缓慢降解。此外,采用 PVA 聚合物修饰磁性纳米粒子时,纳米粒子被包覆在 聚合物的交联凝胶网络中,阻止了颗粒的团聚,从而可 大大提高颗粒的分散性。
如图 为Fe3O4纳米粒子表面 修饰前后的TG 曲线,对于裸 露的Fe3O4,失重主要为纳米 粒子表面的吸附水(130 ℃ 之 前,失重率为 0.45%)及吸附 羟基(130 ℃~700 ℃之间, 失重率为1.35% )的热分解, 纳米粒子Fe3O4的含量为 97.4%。磁性高分子微球在 200 ℃之前0.93%的失重可能 为吸附水的脱去;200~500 (a) Fe3O4纳米粒子和 ℃之间7.4%的失重为磁性微球 (b) (b) Fe3O4/PVA 磁性高分子微球 表面包覆的PVA 聚合物的热 的TG曲线 分解。最终,样品中氧化铁含 量为91.7%。


TEM分析
(a) Fe3O4纳米粒子和 (b) Fe3O4/PVA 磁性微球的TEM
如图中(a)、(b)分别为Fe3O4 纳米粒子和Fe3O4/PVA 磁性 微球的透射电镜照片。从图中 可以看出,Fe3O4 纳米粒子 尺寸很不均匀,且团聚比较厉 害,分散性较差,粒径为 20~40 nm。然而,经过PVA 大分子修饰后,纳米粒子的粒 径并没有因为表面包覆了一定 厚度的聚合物而变大,反而有 所减小,平均粒径约为20± 5 nm,且纳米粒子的分散性有 明显改善,只存在少部分的团 聚体。
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