磁性功能材料——纳米磁性材料的基本特征
功能微纳材料
功能微纳材料随着科技的不断发展，微纳技术逐渐成为研究的热点领域。
微纳材料作为微纳技术的重要组成部分，具有独特的功能和特性，广泛应用于各个领域。
本文将介绍一些常见的功能微纳材料及其应用。
一、磁性微纳材料磁性微纳材料是一种具有磁性的微纳粒子，常见的有铁氧体、金属磁性纳米颗粒等。
这些材料具有高磁导率、高饱和磁化强度和优良的磁性稳定性，可以应用于磁性流体、磁性传感器、磁性储存器等领域。
例如，磁性流体可以在医学上用于靶向输送药物，通过外部磁场控制药物的释放和定位，提高药物的治疗效果。
二、光学微纳材料光学微纳材料是一种具有特殊光学性能的微纳结构，常见的有纳米颗粒、光子晶体、纳米线等。
这些材料具有调控光学波长、增强光学信号、改变光学传输等特性，可以应用于光学传感、光学信息存储、光电子器件等领域。
例如，金属纳米颗粒可以表现出表面等离子共振效应，用于增强光学信号，广泛应用于生物传感和光学显微成像。
三、导电微纳材料导电微纳材料是一种具有良好导电性能的微纳结构，常见的有金属纳米线、碳纳米管等。
这些材料具有高导电率、优良机械性能和热稳定性，可以应用于柔性电子、电磁屏蔽、传感器等领域。
例如，碳纳米管可以用于制备柔性电子器件，如柔性显示屏、柔性电池等，具有重量轻、可弯曲、透明等特点。
四、生物微纳材料生物微纳材料是一种具有生物相容性和生物活性的微纳结构，常见的有生物高分子、纳米生物传感器等。
这些材料具有低毒性、可降解性和生物活性，可以应用于生物医学、生物传感、组织工程等领域。
例如，纳米生物传感器可以用于检测生物分子、细胞分析和生物诊断，提高疾病的早期诊断和治疗效果。
五、能源微纳材料能源微纳材料是一种具有优异能量转换和储存性能的微纳结构，常见的有纳米颗粒、纳米线等。
这些材料具有高比表面积、快速电子传输和离子扩散等特性，可以应用于太阳能电池、锂离子电池、超级电容器等领域。
例如，纳米颗粒可以用于制备高效率的太阳能电池，通过光吸收和电子传输实现能量转换。
纳米技术简介
纳米科技导论课程小论文题目:纳米技术简介学号班级教师摘要：纳米材料作为材料科学中的重要一元，最近几年来受到科学界的普遍重视。
本文将从纳米材料的概况，制备工艺，及其部份应用等方面作出综合评判关键词：纳米材料制备方式1、纳米材料概述纳米是一种长度单位,一纳米相当于十亿分之一米,大约相当于几十个原子的长度.人类对纳米的研究是在高技术领域或继信息技术和生命科学以后的又一个里程碑.正如中国的纳米首席科学家张立德所说: “大多数人竟然一无所知,纳米即将是一次产业革命”.由于物质组成的精细度达到纳米级时,就能够表现出一些独特的物理、化学的性能,从而为新材料的产生制造条件.纳米技术能在原子和分子水平上操纵物质,制造和制备优良性能的材料.因此,纳米技术是一项引领时期潮流的前沿技术,是科技之峰颠. 1982 年,科学家发明了纳米的重要工具——扫描隧道显微镜为咱们揭露了一个可见的原子、分子世界,对纳米科技的进展产生了踊跃的增进作用.纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为大体单元组成的材料。
若是按维数，纳米材料的大体单元可分为三类：1．零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。
2．一维，指在空间中有两维处于纳米尺度，如纳米四、纳米管、纳米棒等。
3．二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。
因为这些单元往往具有量子性质，因此对零维、一维、二维的大体单元又别离有量子点，量子线，量子阱之称。
纳米材料是新型材料，由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，它具有常规粗晶材料不具有的特殊性能。
小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长和超导态的相干长度或透射深度等物理特点尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态纳米微粒的颗粒表面层周围原子密度减小,致使声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。
例如:光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移;磁有序态向磁无序态的转变;超导相向正常相的转变;声子谱发生改变。
纳米材料的作用
纳米材料的作用纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子.其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值.。
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米材料分类：纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。
其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。
纳米材料的作用很广，主要用途有：一、生物医药21世纪的健康科学,将以出入意料的速度向前发展,人们对药物的需求越来越高.控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗,已提到研究日程上来.纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便.用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体,可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器,只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病,美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物,称之为“定向导弹”.该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物,注射到人体血管中,通过磁场导航输送到病变部位,然后释放药物.纳米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流动,因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变.对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作.据《人民日报》报道,我国将纳米技术应用于医学领域获得成功.南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉.这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒,然后使之附着在棉织物上.银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用,通过纳米技术处理后的银表面急剧增大,表面结构发生变化,杀菌能力提高200倍左右,对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用.微粒和纳粒作为给药系统,其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应.纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药.纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程,从而根据生物学原理发展分子应用工程.在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白质特别是酶,从而控制生化反应.这在生化技术、酶工程中大有用处.使纳米技术和生物学相结合,研究分子生物器件,利用纳米传感器,可以获取细胞内的生物信息,从而了解机体状态,深化人们对生理及病理的解释.二、家电用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。
纳米功能材料
纳米功能材料纳米功能材料是一种尺寸在纳米级别的材料，通过调控材料的结构和性质，赋予其特殊的功能和性能。
纳米功能材料具有比传统材料更高的比表面积、更好的机械性能、更强的化学活性和更好的光学特性等特点，被广泛应用于能源、环境、医药和电子等领域。
首先，纳米功能材料在能源领域具有广泛的应用前景。
纳米材料的高比表面积可以增加其与外界的接触面积，从而提高能源转化效率。
比如，纳米铂颗粒可以作为催化剂用于燃料电池中，提高其催化活性，增强能源转化效率。
此外，纳米功能材料还可以用于太阳能电池和储能材料中，提高光电转化效率和储能密度，推动可再生能源的发展。
其次，纳米功能材料在环境领域也有重要的应用。
纳米材料具有较大的比表面积和可调控的化学活性，可以用于污水处理、废气治理和水质净化等环境问题中。
比如，纳米二氧化钛可以作为光催化剂，通过光生电子与光生空穴的产生和迁移，分解有机污染物和抑制细菌的生长，实现环境净化。
此外，纳米银颗粒还可以用于抗菌材料的制备，具有广泛的应用前景。
第三，纳米功能材料在医药领域也具有重要的应用价值。
由于纳米材料具有可调控的尺寸和表面性质，可以实现对药物的控释和靶向输送。
比如，纳米载药系统可以通过调控材料的粒径和表面修饰，改善药物的生物利用度和药效，减少药物的副作用。
此外，纳米材料还可以用于肿瘤治疗和影像诊断，如纳米磁性材料在磁共振成像中的应用和纳米金材料在光热治疗中的应用，为临床医学提供了新的手段和方法。
最后，纳米功能材料在电子领域也有广泛的应用。
纳米材料具有优异的电子传输性能和光学特性，可以用于电子器件的制备和集成。
比如，纳米碳管可以用作场发射显示器和柔性电子设备的电子发射源，具有较高的发射效率和稳定性。
此外，二维纳米材料如石墨烯和过渡金属硫属化物也可以用于光电器件的制备，如光伏电池和光电检测器，具有较高的光电转化效率和响应速度。
综上所述，纳米功能材料具有许多特殊的功能和性能，广泛应用于能源、环境、医药和电子等领域。
纳米磁性粉体材料及其磁流体的制备
中文摘要本文是围绕着磁流体的制备来进行研究的，并根据磁流体的组成将其制备流程分为以下三大环节：纳米级磁性粉体颗粒（粒径在１０ｒｉｍ左右）的制备；磁性粉体颗粒的表面处理；磁流体的制备。
首先，是小粒径的磁性粉体颗粒的制备。
根据大量试验探索，本文找到制备小粒径（～１０ｒｉｍ）磁性粉体材料的较好方法——低温相转化法。
并通过对反应中升温顺序的控制，发现用先升温法在制备１０ｒｉｍ左右的小粒径磁性颗粒材料方面较具有优越性，并用这种方法相继制得了一系列纳米尖晶石型磁性粉体材料。
另外还通过在制各样品的过程中掺杂ｚｎ：＋，使Ｚｎ２＋进入所制备的尖晶石型样品的四面体间隙内，并通过尖晶石结构中离子间的超交换作用，可以使所制样品的磁性能得到很大的提高，从而优选出可以用来制备磁流体的纳米磁性粉体样品。
其次，是用油酸对适合用来制备磁流体的磁性粉体颗粒进行表面处理，以降低粒子的表面能，从而可防止因两个磁性粒子互相接近而引起颗粒在载液中聚凝和沉降。
并用紫外光谱仪对磁性粉体颗粒表面改性效果进行定量评估，探讨了ｐＨ值、温度、时间以及复合表面活性剂对颗粒表面包覆效果的影响，从而确定了磁性粉体颗粒表面改性效果的最佳条件。
最后，是把表面改性效果最佳的磁性粉体颗粒通过过渡液均匀分散于载液中而制得磁流体。
试验中采用ＤＯＰ作载液，这是因为ＤＯＰ的凝固点为．５０℃，沸点为３８４℃，用其作载液不仅能耐一定的低温，而且也能耐高温，具有很宽的温度适用范围。
文中探讨了过渡液、温度对制备磁流体稳定性的影响以及固液比与粘度的关系。
试验表明，在制各磁流体时，温度不宜太高，否则会影响制各的磁流体的稳定性；并且磁流体的粘度随其所包含磁性颗粒量的增加而增大。
本文对磁流体制备过程中的各个环节进行了较为详尽的研究，并进行了相应的表征、分析，取得了一些极为有价值的数据，尤其是在纳米磁性粉体颗粒的制备及其表面处理效果的评估方面作了很有意义的探索。
关键词：尖晶石超顺磁性纳米粒子低温相转化法包覆磁性液体ＡｂｓｔｒａｃｔＩＩｌｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｓｗａｓｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍａｋｅｕｐｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｓ，ｆｏｒｗｈｉｃｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｖｃａｓｄｏｎｅａｓｆｏｌｌｏｗ，ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｎａｎｏｓｉｚｅａｂｏｕｔ１０ｎｍ；ｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｅｄｉｓｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓ；ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｓ．ｗｉｔｈｓｍａｌｌｎａｎｏｓｉｚｅｗｅｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＦｉｒｓｔｌｙ，ｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓａｂｕｎｄａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｂｅｔｔｅｒｍｅｔｈｏｄ，ｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｗａｓｆｏｕｎｄｕｓｉｎｇｆｏｒｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓ、ｖｉｔｌｌｓｍａｌｌｎａｎｏｓｉｚｅａｂｏｕｔｌＯｎｍ．Ｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｒａｉｓｉｎｇｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｐｒｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ·ｒａｉｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｏｆｍｏｒｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｉｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｓｍａｌｌｎａｎｏｓｉｚｅａｂｏｕｔｌＯｎｍ．Ａｎｄａｓｅｒｉｅｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ￥ｔｎｌｅｔｕｒｅｗａｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄ，ａｌｉｔｔｌｅｏｆｍａｔｔｅｒｗｉｔｈＺｎ２＋ｉｏｎｖｃａｓａｄｄｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅＺｎ２＋ｉｏｎｓｅｎｔｅｒｔｈｅｉｎｔｅｒｓｐａｃｅｏｆｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎｆｏｒｔｈｅｓａｍｐｌｅｓ、Ⅳｉｔｌｌｓｐｉｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｕｐｅｒ－ｅｘｃｈａｎｇｅｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙａｍｏｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｐｉｎｅｌ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｃｏｕｌｄｂｅｒａｉｓｅｄｉｎｌａｒｇｅｄｅｇｒｅｅ．Ｓｏｓａｍｐｌｅｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓ稍ｔｌｌｎａｎｏｓｉｚｅａｂｏｕｔｌＯａｍｗｅｒｅｃｈｏｓｅｎｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｆｉｃｆｌｕｉｄ．ｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｍｅｔｔｈｅＳｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｄｉｓｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｓ，ｖｃａｓｄｏｎｅＳＯ懿ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｅｎｅｒｇｙｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ａｎｄｔｈｕｓｔｏｐｒｅｖｅｎｔｔｗｏｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓｆｒｏｍａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇｗｈｉｃｈｍｉｇｈｔｌｅａｄｔｏｃｏｎｇｒｅｇａｔｉｏｎａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｃａｒｒｉｅｄｌｉｑｕｉｄｓ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｄｉｓｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙＵＶｓｐｅｃｔｒａａｐｐａｒａｔｕｓ，ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｔｈｅｉｍｐａｃｔｓａｂｏｕｔｖａｌｅｓｏｆｐＨ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｉｍｅａｎｄｃｏｍｐｏｕｎｄｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｄｉｓｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｒｆａｃｅ．Ｓｏｔｈｅｂｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏａｔｉｎｇｆｏｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｒｆａｃｅｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｃｏａｔｅｄｂｅｓｔ，ｗｅｒｅｄｉｓｐｅｒｓｅｄｕｎｉｆｏｒｍｌｙｉｎｔｈｅｃａｒｒｉｅｄｌｉｑｕｉｄｓｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｌｉｑｕｉｄｓ，ａｎｄｔｈｕｓｍａｇｎｅｔｉｃｌｉｑｕｉｄｓｗｅｒｅｆｏｒｍｅｄ．Ｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｒｉｔ，ＤＯＰｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｃａｒｒｉｅｄｌｉｑｕｉｄｓ．Ｂｅｃａｕｓｅｉｔｓｆｒｅｅｚｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｂｏｉｌｉｎｇｐｏｉｎｔｗｅｒｅａｔ－５０。
纳米材料的基本概念和性质汇总
特殊的物理和化学性质：
镶嵌有原子团的功能薄膜会在基质中呈现出调 制掺杂效应，该结构相当于大原子-超原子膜材料， 具有三维特征。
纳米厚度的信息存储薄膜具有超高密度功能， 这类集成器件具有惊人的信息处理能力；
纳米磁性多层膜具有典型的周期性调制结构， 导致磁性材料的饱和化强度的减小或增强。
5、纳米固体材料
定义：具有纳米特征结构的固体材料称为纳米固体 材料。例如，由纳米颗粒压制烧结而成的三维固体， 结构上表现为颗粒和界面双组元；原子团簇堆亚成块 体后，保持原结构而不发生结合长大反应的固体等。
纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面， 如5nm颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界， 原子的扩散系数要比大块材料高 1014～ 1016 倍，从而 使得纳米材料具有高韧性。
按结合方式：范德华力：H、Ne、Ar、Ke、Xe
离子键：LiF、NaCl、CuBr、CsI
化学键：C60、金属原子团簇
特点：
尺
寸：空间尺度为几个埃到几百埃的范围
存在形式：不同于单个原子、分子，也不同于固体 液体，介于两者之间 产生条件：作为原子聚集体，多产生于非平衡条件
纳米复合材料的性质：
同步增韧、增强效应。无机填充材料具有刚性，有机材料具有韧性， 纳米无机材料对有机材料的复合改性，可在发挥无机材料增强效果的 同时起到增韧的效果。 新型功能高分子材料。纳米复合材料以纳米级水平平均分散在复合 材料中，可以直接或间接地达到具体功能的目的，比如高效催化剂、 紫外光屏蔽等。 强度大、弹性模量高。加入很少量的纳米材料即可使聚合物复合材 料的强度、刚度、韧性得到明显的提高，且材料粒度越细，复合材料 的强度、弹性模量就越高。
磁性纳米颗粒在医学成像中的应用
磁性纳米颗粒在医学成像中的应用随着科学技术的快速发展，磁性纳米颗粒在医学成像中的应用日益广泛。
磁性纳米颗粒具有特殊的物理性质和生物相容性，能够在医学领域中实现多种功能，如磁共振成像、生物标记、药物传递等。
本文将详细介绍磁性纳米颗粒在医学成像中的应用，包括其基本原理、主要方法及现状。
一、磁性纳米颗粒的基本原理磁性纳米颗粒是由磁性材料制成的小颗粒，具有特殊的磁性质。
其基本原理是通过磁性材料自身的磁性作用，与外加磁场进行相互作用，达到对组织或细胞的成像或治疗目的。
二、磁共振成像中的磁性纳米颗粒应用磁共振成像（MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，广泛应用于临床检查中。
磁性纳米颗粒在MRI中的应用主要包括两个方面，一是作为MRI对比剂，二是作为MRI引导下的靶向治疗剂。
1. 磁性纳米颗粒作为对比剂磁性纳米颗粒具有较强的磁性，可以对局部组织或器官产生明显的磁性信号。
将磁性纳米颗粒注射到人体内部，结合MRI技术，可以获得高对比度的图像，以便实时观察身体各个部位的情况。
特别是在肿瘤检测中，磁性纳米颗粒的应用使得肿瘤的位置、大小和形态得以清晰显示，为医生提供了更准确的诊断依据。
2. 磁性纳米颗粒作为靶向治疗剂磁性纳米颗粒具有较强的生物相容性，可以通过表面修饰实现对肿瘤细胞的靶向识别和治疗。
将药物包裹在磁性纳米颗粒表面，通过外加磁场的作用，将药物准确地输送到肿瘤部位，提高治疗效果的同时减少对正常细胞的损伤，实现了精确的靶向治疗。
三、磁性纳米颗粒在生物标记中的应用生物标记是指将特定的磁性纳米颗粒与生物分子（如抗体、核酸等）结合，通过磁性纳米颗粒的磁性信号实现对生物体系的特定成分的检测。
在医学领域，磁性纳米颗粒常用于体内肿瘤细胞的检测和定位，通过与抗体的结合，能够准确检测和追踪肿瘤细胞的位置和数量，为肿瘤治疗提供有力的依据。
四、磁性纳米颗粒在药物传递中的应用磁性纳米颗粒在药物传递中的应用是近年来的研究热点之一。
通过将药物包裹在磁性纳米颗粒内部，以磁性纳米颗粒为载体，通过外加磁场的作用将药物传递到指定的治疗部位。
纳米材料
1 绪论1.1 纳米材料概述在过去上，人们主要使用石器、铁器、青铜器等要材料，所以他们把3种材料作为他们时代的标志，称他们自己所升华的时期为石器时代、铁器时代、青铜器时代。
当我们走入现在，材料的种类繁多，不同的新型材料不停的被发明出来，很难用他们当中的一种或者几种来作为当今时期的特征。
材料是现代人们文明、社会、科学的物质基础和技术先导，材料应用的发展是人类进步的重要标志。
生产力决定生产关系，生产关系反作用于生产力。
历史上每一次技术革命都是生产力的大解放和大发展。
纳米新科技革命，预示了一种全新的、与蒸汽时代和电子时代乃至我们正在经历的电子计算机时代不同的经济运作模式，将引发一场新的技术革命和产业革命。
纳米技术从根本上改变了传统的物质生产方式纳米技术的本质在于根本改变自由文明以来人来创造物质世界的生产方式。
1.2 纳米材料的组成和分类纳米材料按不同的标准可有不同的分类。
1.3 纳米材料的结构纳米材料,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1~100nm)或处在微观和宏观的交界的过渡区域的基本单元构成的材料，大约相当于 10~ 100 个原子紧密排列在一起的，颗粒大小接近原子的大小,但定性上又不是微观物质,故纳米材料既不属于微观物质又不属于宏观物质,是一种介于两者之间的介观物质。
所有的纳米材料都有一些共同特点，具有纳米尺寸的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级别(1~100nm)、存在大量的界面或自由表面以及各纳米单元之间存在着一定的相互作用。
材料的结构能够决定材料的性能，同时材料的性能也相对地反映出材料的结构。
纳米材料主要是由两种结构单元晶体单元和界面单元组成。
1.4 纳米材料的基本性质材料尺寸的变小会直接影响材料内部一些结构的变化和电子分布的变化,然而这些变化能使得材料性能发生了根本性的变化。
纳米粒子具有不同于常规固体的性特性。
1.4.1 小尺寸效应当纳米粒子的粒径达到某一值的时候，纳米粒子的声、光、电、磁、热力学特性等都发生显著变化，成为小尺寸效应。
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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
3 表面效应
当粒子尺寸变小时，位于表面的原子 数相对于内部的原子数所占比例变大， 例如对铜而言，100纳米的粒子，比表 面积为6.6m2/g, 而10纳米粒子的比表面 积就为66m2/g, 当粒子小到 1 纳米时， 比表面积就高达 660m2/g。表面能很大， 极大提高了粒子的活性，造成表面原子 输运和构型的变化，也引起原子自旋构 象的变化。 极端情况是碳纳米管，只有表面原子，
热运动能 kT 使体积为V的粒子磁矩Ms越过各向异性为K的 势垒KV的几率为
p=exp (-KV/kT),
即原一致磁化的粒子集合体，经过足够长的时间可衰减到剩 磁为零，其弛豫时间 τ 为
τ =(1/f0) exp (KV/kT), 频率因子f0=109 s-1 。
如果要等一年(107秒)才会衰减为“顺磁”态，那就一定不能 认为这材料是超顺磁性，因此这里有个 τ 的相对标准，譬如可 用τ<10-1秒为超顺磁性的标准。显然 τ 和材料的各向异性K， 温度T，粒子的直径D=V-3都有关。
对固定的材料和粒子尺寸V，要表现为超顺磁性就有个临界 温度 T0, 称其为截止温度。
对固定的温度，如室温，要表现出超顺磁性，粒子就要小于 临界尺寸V0 。
举几个超顺磁性的实际数据：
对 K=107J/m3 而 T=100K 的条件，尺寸6.3nm 的粒子的弛 豫时间 τ=10-1s , 而6.8nm时, τ=101s; 到 7.6nm 时 τ=10+5s（即 一天! ）， 可见表现出超顺磁性的尺度范围是很窄的。 室温下呈现出超顺磁性的尺寸是：球形铁12nm，椭球铁 3nm，六角密积钴4nm，面心立方钴14nm。 了解材料的具体数据是重要的，因为不同的测量方法会得
生物磁性粒子的天然单畴特性
2 超顺磁性
超顺磁性是磁有序纳米材料小尺寸效应的典型表现。 当体积为V的单畴磁性粒子继续减小，磁矩取向会因热运 动能量 kT 比相应的磁能还大，可越过各向异性能势垒K1V ， 使粒子的磁化方向表现为磁的“布朗运动”，粒子集合体的 总磁化强度为零。称为超顺磁性。超顺磁性也可由朗之万函 数描述。只是粒子内不是单个原子或分子的磁矩，而是磁有 序的集合体，集合体之间的磁取向混乱排列，其宏观表现为 “顺磁性”。 对超顺磁性粒子的胶体悬浊液，粒子间只有弱的静磁作 用和范德瓦尔斯力，热运动既可使粒子内磁化矢量克服磁各 向异性能的位垒作旋转还可将粒子作整体运动。这就是磁性 液体。
二 纳米磁性材料的基本特征
纳米材料是指三维 空间中至少有一维的 尺度在1-100纳米范围 的材料，他们应表现 出以下共同的基本特 征之一： 1 量子尺寸效应 2 小尺寸效应 3 表面效应 4 宏观量子隧道效应
Nano Material 0D 1D
2D 3D Nanosize: 1---100nm
1 量子尺寸效应
width 140nm thickness 5 nm
纳米薄膜的磁畴
磁性薄膜的膜厚D较厚时，磁矩在畴壁平面内旋转， 在畴壁内不产生磁荷，而表面磁荷的退磁场影响很小， 称 Bloch 畴壁。但当膜厚很薄时，表面磁荷的退磁场就 显重要，磁矩将在膜面内旋转，即在膜面不产生磁荷， 而磁荷在畴壁中和两侧，称为 Neel 畴壁。 对Fe-Ni膜，D >100nm是Bloch 畴壁, D <30nm 是 Neel畴壁，其中间是过渡态的十字壁。 理论上讲，D<12nm时，薄膜就是单畴，但由于膜 内退磁场很难均匀，因此总会有磁畴产生。
纳米尺度的磁畴
当粒子尺寸R很小时，畴壁能相 对于退磁能更严重，没有必要再分 磁畴，就形成了单畴粒子，可如下 估计单畴粒子的临界尺寸：将单畴 的退磁能与分成两个磁畴的畴壁能， 退磁能之和相等： (4π / 3) μ0 R3 Ms2 / 6 = (4π/3) μ0R3 Ms2 /3 + πR22(A1K1)1/2 可得单畴临界尺寸R0比例于 (A1K1)1/2 / Ms2 。
1
磁畴
块状磁性材料因交换作用能，磁各向异性 能而导致磁矩平行排列在其易轴方向，但这 将导致很强的退磁能，对于半径为R的球形 体，退磁能为 Ed=(4π / 3) μ0 R3 Ms2 / 6 尺寸R越大，退磁能越高，为降低能量， 材料必然分裂成磁畴，但在两个畴之间的畴 壁过渡区，磁矩必然偏离易轴，相邻磁矩也 不再平行，由此产生的畴壁能将介入总能量 的平衡。比如180度畴壁的畴壁能密度就是 γ180=2(A1K1)1/2.
没有内部原子。
4 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。它限定了磁极限。
作为磁性纳米粒子，还在 磁畴结构等许多磁性方面表 现出另一些特征
著不同。
产生量子效应的器件尺度在1-20纳米范围
2 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被破坏， 物性也就表现出新的效应，如从磁有序变为磁无序，磁矫 顽力变化，金属熔点下降等。
三个纳米的钴粒子，不是通常的六角密堆结构， 而是立方结构
磁性纳米丝的漩涡状或横向畴壁
R.D. McMichaeland M.J. Donahue, IEEE Trans. Magn. 33, 4167 (1997)
漩涡状畴壁
微磁学模拟结果。
width 250nm thickness 10 nm
宽度和厚度增加时
横向畴壁
考虑形状各向异性静磁能下： 磁矩沿丝轴方向， 产生磁化方向头对头的畴壁。 更大的丝会产生复杂的畴壁结 构，如有双漩涡等等。