1、超順磁性納米材料第1頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 在充滿生機的21世紀，信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防的高速發展必然對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸等對材料的尺寸要求越來越小；航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術等對材料性能要求越來越高。新產品的創新是未來10年對社會發展、經濟振興、國力增強最有影響力的戰略研究領域，納米材料將是起重要作用的關鍵材料之一。納米材料和納米結構是當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經濟和社會發展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中最為活躍、最接近應用的重要組成部分。正像美國科

2、學家估計的“這種人們肉眼看不見的極微小的物質很可能給予各個領域帶來一場革命”。第2頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三緒論一.納米材料的簡單介紹二.超順磁性性納米材料的概念三.超順磁性納米材料的應用原理四.超順磁性納米材料的制備五.超順磁性納米材料的應用六.納米材料的未來發展之路第3頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三一.納米材料的簡單介紹 納米材料（Nano material)又稱為超微顆粒材料，由納米粒子（nanoparticles，NP）組成，納米粒子也稱超微顆粒，即納米球（nanospheres）與納米囊（nanocapsules）的統稱，粒

3、子尺寸范圍通常是在1100nm之間。由于納米粒子的尺寸處于單個原子、分子與體相材料之間，具有小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應、體積效應等，使得其性質與單個原子、分子及體相材料明顯不同，而具有優異的電學、光學極催化性能等。 第4頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三一些納米材料的照片碳納米管這種新型納米制造工藝被用在改進玻璃性能上-晶盾玻璃透光隔熱系列產品在“紅外線阻隔率”、“降溫幅度”、“節能指數”、“紫外線阻隔率”、“透光率”、“空氣凈化功能”、“有效去除甲醛等各種有害氣體”、“防污、清潔功能”“創新智能清潔、防污”等核心技術參數方面遠遠超越了傳統的保

4、溫材料和普通玻璃貼膜。從而在智能清潔、防霧、防滑、建筑節能、防紫外線等決定玻璃性能的核心方面，具有巨大的優勢。第5頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三樹狀大分子樹狀大分子，是一種高度支化、對稱、呈輻射狀的新型功能高分子，在主客體化學、催化劑、金屬納米材料、納米復合材料、膜材料、表面活性劑、醫學等研究領域都有廣泛的用途。第6頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三納米氧化釔 (陶瓷專用)納米四氧化三鐵 有序排列的納米多孔材料 第7頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三二.超順磁性性納米材料的概念 超順磁性納米顆粒是指具有磁響應性的納米級

5、粒子，其直徑一般小于30nm,當磁性納米粒子的粒徑小于其超順磁性臨界尺寸時，粒子進入超磁性狀態。 由于磁性四氧化三鐵生物納米顆粒的制作簡單，直徑可達10nm以下，具有比表面積效應和磁效應，在外加磁場的作用下可具有靶向性，且四氧化三鐵的晶體對細胞無毒。在磁性四氧化三鐵的晶體表面可很容易地包埋生物高分子，如多聚糖、蛋白質等形成核殼式結構，可使其達到生物相容性，使其有越來越多的應用研究領域。第8頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三三.超順磁性納米材料的應用原理 磁性復合納米粒通常具有兩種結構, 一種結構是以納米磁性粒子(Magnetic Particles,MP)作為內核, 某

6、一功能化材料為外殼；而另一種結構則相反, 其外殼為納米磁性粒子,包括納米磁性粒子作為外殼的中空亞微球等各種復合結構物質的磁性來源于物質內部電子和核的磁性質。這樣的結構使磁性納米復合材料具有納米材料的小尺寸效應，量子效應，強大的比表面積，量子隧道等效應，以及其他復合材料的相關特性。第9頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 任何帶電體的運動都必然在它周圍產生磁場，而納米粒子表面的化學物質會對粒子的化學和物理性質產生很大影響。對于納米粒子而言，隨著顆粒的減小，表面原子所占比例越來越大，導致表面效應也越來越顯著。由于粒子不完全是球形，使表面的磁性金屬離子所處化學環境的對稱度降低，

7、因此粒子表面層的磁結構往往與內部的很不相同。這些不同可能會導致粒子的磁性能發生變化。 第10頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 經研究顯示，超順磁性納米顆粒在液體中處于懸浮狀態，在外加梯度磁場的作用下可被磁化而發生定向移動，在指定部位可以從介質中分離出來；而當外加磁場去除后，其又可以重新處于懸浮狀態，從而具有良好的分散性和可操作性。而磁性分離技術本身成本低，可操作性強，因此超順磁性納米材料在機械、電子、光學、磁學 、化學和生物醫學等領域有著廣泛的應用前景。 第11頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三四.超順磁性納米材料的制備 共沉淀法： Fe2+與

8、Fe3+的可溶性鹽在堿性條件下配成混合水溶液, 于室溫或者加熱條件下將Fe2+和Fe3+共同沉淀出來, 從而制得Fe3O4 磁性納米粒子。常用的Fe3 + /Fe2 +摩爾比為2, 水解反應的pH值控制在913 之間。其中鐵鹽的種類、Fe2 + 和Fe3 +的摩爾比、反應溫度、溶液pH值和離子濃度等都對磁性納米粒子的粒徑、形狀和成分有著十分明顯的影響。共沉淀法簡便易行, 反應條件溫和, 所制備的粒子在水溶液中分散性好。但由于制備過程中粒子的成核過程和生長過程受到復雜的水解平衡過程影響, 粒子往往形狀不規則, 尺寸分布較寬, 且易發生團聚, 表面缺乏保護層, 極易被氧化。第12頁，共25頁，20

9、22年，5月20日，10點37分，星期三 高溫分解法： 高溫分解法是通過在高沸點有機溶劑中熱分解有機金屬化合物來制備磁性納米粒子。該方法克服了共沉淀法制備磁性納米粒子的缺點, 能夠制備出形狀規則、粒徑均一、單分散的磁性納米粒子。有機金屬化合物通常選用乙酰丙酮類金屬、金屬試劑鹽或羰基鐵化合物等，脂肪酸、油酸和油胺等是常用的表面活性劑。IBM公司的科學家Sun等使用晶種生長法, 將乙酰丙酮類金屬在油酸、油胺、高級脂肪醇共存的條件下, 在高沸點溶劑中加熱回流, 合成出粒徑420nm、形狀規則且飽和磁化強度較高的磁性納米粒子第13頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 低溫雙相回流

10、法： 在最近的研究中, Gu等結合共沉淀法和高溫分解法的優點, 開發出低溫雙相回流法, 即以FeCl2 4H2O,FeCl3 6H2O, C18H33O2Na和NaOH為原料, 在水、乙醇和甲苯的混合溶劑中, 較低溫度下回流后制得Fe3O4 磁性納米粒子, 其合成路線見圖。所制備的超順磁性Fe3O4 納米粒子大小均一、粒徑分布窄、單分散性好。第14頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三低溫雙相法制備磁性納米粒子合成路線第15頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 超順磁性納米顆粒的生物合成： 目前合成生物相容性磁性納米顆粒的方法有很多，但最常用的合成生物

11、相容Fe3O4磁性納米顆粒的方法為共沉淀法，即將鐵的鹽溶液按1:2(或2:3)的物質的量比混合后，沉淀劑為過量的氨水或NaOH等溶液，在恒定的溫度和pH下，高速攪拌后離心得到沉淀，再將沉淀洗滌、干燥，即配制成超順Fe3O4磁性納米顆粒。共沉淀法制備生物相容的納米顆粒，方法簡單，操作方便。但須嚴格控制影響微粒粒徑和磁學性能的因素，提高微粒的磁性及穩定性。第16頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 除了以上幾種常用的制備方法外, 微乳液法、水熱合成法、溶膠凝膠法等也是制備磁性納米粒子的常用方法。 第17頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三五.超順磁性納米

12、材料的應用 （1）磁性密封： 磁性液體又稱磁流體或鐵磁流體, 具有可通過磁場控制其物理性能的特點，具有液態載體的流動性、潤滑性以及密封性。它是由納米級(10nm以下)的強磁性微粒高度彌散于某種液體中所形成的穩定的膠體體系。可用作機械密封的旋轉軸密封（動密封），利用磁性液體既是流體又是磁性材料的特點,可以把它吸附在永久磁鐵或電磁鐵的縫隙中,使兩個相對運動的物體得到密封。形成液體O型環，用于精密儀器、精密機械、氣體密封、真空密封、壓力密封等；動密封應用最廣，可實現零泄漏，具有密封液用量少、防震、無機械磨損、小磨擦、低功耗、無老化、自潤滑、壽命長、轉速適應范圍寬、結構簡單、對軸加工精度及光潔度要求不

13、高、密封可靠等優點。 第18頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 （2）磁保健 ： 眾所周知，人體具有生物磁場，人體的每一個細胞都是一個磁微單元，因此外界磁場的變化都會影響人體的生理機能。據報道可知，磁場對人體的神經系統、心臟功能、血液成份、血管系統、血脂、血液流變學、免疫功能、內分泌功能和等具有影響作用。因此，其對人體具有疾病治療和保健作用。基于這種原理，我們發明了納米磁性粉體，使添加此種粉體的產品達到調整人體機能和提高抗病能力，起到醫療保健的作用。制得的水基磁性液體穩定性很好，放置幾個月仍能均勻分散。因此，可將水基磁性液體作為一種類似于磁性顏料易于添加到各種產品中，可

14、廣泛用于各類化纖、塑料、橡膠等，是保健產品、養生產品的極佳添加材料。 第19頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 磁性納米藥物： Bahadur 等首先利用氨基硅烷對Fe3O4納米顆粒進行包覆以實現其氨基官能化，然后通過Michael加成反應將丙烯酸甲酯和精氨酸接枝于納米顆粒表面，形成平均粒徑在10nm左右的樹枝狀磁性納米顆粒藥物載體。細胞生物學測試結果表明，該樹枝狀磁性納米顆粒本身對細胞無細胞毒性，顯示出良好的生物相容性。第20頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 通過靜電相互作用將抗癌藥物鏈霉菌成功結合于該磁性納米顆粒表面，測試結果表明，在最佳酸

15、度條件下，藥物分子可以有效得以釋放，且在外加磁場作用下，其藥物釋放效率可以得到極大提高。第21頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 除以上幾種應用外，利用納米Fe3O4粉體的磁性和深黑顏色，可制作磁記錄材料，高梯度磁分離器，微波吸收材料，特種涂料以及靜電復印顯影劑，尤其在醫藥學中有廣泛應用，如增強磁共振成像(MRI)等。第22頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三六.納米材料的未來發展之路 在過去的十多年里，納米基金項目保持平穩增長趨勢，年平均增長率在20-30%, 2000年批準的納米基金項目明顯增多。在一次調研中，就課題帶有“納米”字樣的項目作了統計:1990至2000年間、至少有536個題目帶有“納米”字樣的項目；在1999年和2000年中，科學基金新批準和資助的在研納米基金項目，總經費達8000萬元左右。第23頁，共25頁，2022年，5月20日，10點37分，星期三 2012年1月，中國工業和信息化部發布新材料產業“十二五”發展規劃（以下簡稱“規劃”），“規劃”中將納米材料列入前沿新材料領域，并明確指出，中國將加