磁性物质的应用可以一直追溯到中国古代，早在公元前4世纪，我们的祖先就开始利用磁性材料，并且制造出4大发明之一的指南针，用于军事和航海。因此，磁性物质的研究是一个古老而重要的领域，也是工业应用方面广泛研究的课题。
纳米材料与常规粗晶材料具有很大性质上的不同，除了具有普通材料的性质之外，还具有特殊的纳米效应，所以，纳米材料具有许多优异的光学、电学、热学、磁学和力学性质，已成为新世纪材料科学研究的热点，并给传统的磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战。纳米尺度磁性材料的发展，使材料的磁性能发生了量变到质变的飞跃，显著地提高了材料的磁性能。磁性材料作为材料中的一个重要成员，一直紧密伴随着纳米科技的发展，是纳米材料学中不可或缺的一部分。研究表明，当材料的尺寸进入纳米尺度后，比表面积急剧增大，表面能相应升高，量子效应体现出来，使得磁性纳米材料具有一些奇异的物理性质，为此，磁性纳米材料成为信息、生物、化学材料等领域的一个研究热点。
一、磁性纳米材料的制备
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=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，以及钕铁硼(NdFeB)、镧钴合金（LaCo）合金等，它们的稳定性(即抗氧化能力)依次递减，但饱和磁化强度却按上述次序递增。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技术决定了其性质，关系着最终工业应用。目前磁性纳米材料制备技术可以有多种分类，一种是分做物理法和化学法；另一种是按照物质状态进行分类，如固相法、液相法和气相法。其中，固相法包括非晶晶化法和高能球磨法；液相法包括喷雾法、沉积法、蒸发法、溶胶凝胶法、溶剂挥发分解法及电沉积法；气相法包括熔融金属反应法、气体冷凝法、真空蒸镀法、溅射法、激光诱导法、电加热蒸发法、混合等离子法及化学气相沉积法等。
这些方法各有其优缺点：非晶晶化法是在非晶基础上通过退火的热处理方式实现纳米晶化的种方法；高能球磨法是在高能球磨机中，将几十微米的磁性材料粗颗粒通过与研磨球、研磨罐及颗粒之间的频繁碰撞，使这些微米的固体颗粒发生反复地被挤压、变形、断裂、焊合等强烈的塑性变形，磁性材料颗粒表面的缺陷密度增加，晶粒逐渐细化，直至形成纳米级磁性颗粒。球磨法工艺操作简单，成本也较低，但使用该法制备的磁性纳米材料容易引进杂质，很难得到均匀而细小的颗粒，同时还存在分散性较差、晶体缺陷较多、颗粒稳定性较低、能耗很大的缺点。
溶胶凝胶法是利用金属有机或无机化合物作为前体，经溶液、溶胶、凝胶而固化，优点是工艺简单、反应物种多、产物颗粒均一、过程易控制、分散性好、易实现高纯化、反应周期短、反应温度低，但是制备成本高，而且还需要高温煅烧，这对小粒径磁性纳米颗粒的合成不利。
机械合金化法能制备出常规方法难以获得的高熔点金属和合金纳米材料，还可以制备纳米金属间化合物、互不相溶体系的固溶体及纳米晶陶瓷复合材料等，该法工艺简单、效率高，因而是制备磁性纳米材料的一种有效工艺方法。
溅射法是工艺比较成熟的方法，产量大、工艺过程比较简单、成本低、晶粒度容易控制，但缺点是由于辊表面不可避免地存在一些缺陷，因而通过此法制得的条带存在微裂纹等缺陷，并且利用该方法只能制备出二维的磁性纳米材料薄带。
沉淀法包括共沉淀法、均匀沉淀法和直接沉淀法，共沉淀法适合制备氧化物，是在混合的金属盐溶液中添加沉淀剂，即得到组分均匀的溶液，再进行热分解，特点是简单易行，但
产物纯度低、粒径大；直接沉淀法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物；均匀沉淀法是在金属盐溶液中加入沉淀剂溶液时不断搅拌，使沉淀剂在溶液中缓慢生成，消除了沉淀剂的不均匀性。
化学气相沉积法也称气相化学反应法，制备的产物颗粒细小、形貌均匀，具有良好的分散性。高温分解法是在高沸点有机溶剂中加热分解有机金属化合物来制备纳米粒子。微乳液法是将2种互不相溶的液体通过表面活性剂分子作为界面膜，形成热力学稳定、各向同性的分散体系，这样可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内，从而可形成球形颗粒，又避免了颗粒之间进一步团聚，因此，该方法所得纳米颗粒粒径分布窄，且单分散性、界面性和稳定性好，同时，与其他方法相比，还具有实验装置简单、粒径易于控制、能耗低、适应面广等优点。
二、磁性纳米材料的应用发展趋势
1.生物医学工程应用
(1)磁性分离和纯化
磁性纳米粒子由于具有粒径小、比表面积大、表面有许多悬空键等特点，可以很容易进行表面修饰，将多种反应性功能基（如羧基、氨基、巯基、生物素、单克隆抗体等）通过共聚、表面改性赋予其表面，使其具有一些特殊的性质。磁性分离技术是利用生物素与亲和素系统、免疫亲和系统、化学共价结合等的特异性反应，在外加磁场的定向控制下，磁性粒子通过亲和吸附、清洗、解吸等操作，可以从复杂的生物体系中分离到目标生物分子（如蛋白、核酸等），具有磁性分离方便、亲和吸附的特异性及敏感性高等众多优点。
(2)磁共振成像对比剂
磁共振成像（MRI）技术是利用生物体内不同组织在外加磁场下产生不同的磁共振信号来成像，磁共振信号的强弱取决于组织内水分子中质子的弛豫时间，成分中的一些未成对电子自旋产生的局部磁场能够缩短或增加临近水分子质子的弛豫时间，从而增大临近区域的磁共振信号强度，提高成像的对比度。例如，超顺磁性氧化铁粒子主要应用于分子和细胞成像。当超顺磁性氧化铁纳米颗粒通过静脉注射入人体后，与血浆蛋白相结合，并在调理素作用下被网状内皮系统所识别，吞噬细胞就会把超顺磁性氧化铁纳米颗粒作为异物而摄取，从而使超顺磁性氧化铁沉积在网状内皮细胞丰富的组织和器官中。因此，超顺磁性氧化铁是一种网状内皮系统的对比剂，可用于肝、脾、淋巴结、骨髓等富含网状内皮细胞的组织和器官的MRI 增强。若是对纳米颗粒表面进行适当的修饰和特异性分子的偶联则可以实现更广泛的靶向。
(3)磁性药物靶向载体
化疗是目前治疗恶性肿瘤的主要手段之一，近些年来，随着新药的不断涌现，肿瘤化疗取得了一定的进展。目前，治疗肿瘤的化疗药物一般是采用常规的注射途径，该方法会使这些药物均匀分地布在全身循环中，而它们在到达恶性肿瘤之前，要经过蛋白结合、代谢、排泄等步骤，致使血液中的药物浓度迅速降低，最终只有少量药物到达恶性肿瘤部位，要提高恶性肿瘤内的化疗药物浓度，就必须提高全身循环系统的药物浓度，也就必须加大药物剂量。因此，这种没有特异性的给药方式降低了药物的生物利用度且同时会对全身产生毒副作用，造成患者不能耐受其严重的毒副作用而终止临床治疗。磁性药物载体是磁性粒子和高分子耦合剂组成的，由于在外加磁场下具有磁导向性，药物将集中于靶部位，能够增加对靶部位的治疗效果，同时减弱对全身的毒副作用。
(4)肿瘤磁致热疗
将瘤区加热到41 ～ 46℃以上治疗恶性肿瘤的方法称为热疗，热疗是肿瘤治疗学中一种重要的治疗手段。41 ～ 46℃的高温可影响生物膜功能和状态，激活溶酶体活性，抑制脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）及蛋白质合成，增加热休克蛋白合成，从而达到杀死肿瘤细胞的作用。而与肿瘤组织比较，正常组织血液循环良好，散热快，所以不会受到影响。
肿瘤组织与正常组织这一热生物学上的差异，使肿瘤热疗的临床应用成为可能。
传统的热疗系统由于药物分布的全身性，在对肿瘤组织进行加热的同时往往会损伤周围的正常组织，磁性纳米粒子的出现，为解决热疗的这一问题提供了新途径，即磁致热疗。首先，磁性纳米粒子通过注射等方式进入血循环内，然后在体外恒定磁场下导向到肿瘤组织，最后，使用交变磁场使磁性纳米粒子发生磁滞损耗而产生热量，使温度升高到41℃以上而杀死周围肿瘤细胞。磁性纳米粒子的引入，改善了传统热疗的靶向定位问题，提高了热疗效率，使肿瘤热疗走向临床应用成为可能。磁致热疗继承了传统热疗微创的优点，同时又具有靶向效应好的特点，已成为恶性肿瘤治疗的关注焦点之一。
(5)磁性转染
磁性转染是利用磁性纳米粒子作为载体，将DNA负载到磁性纳米粒子上，然后在外界磁场影响下转染到细胞内的方法。与病毒或其它非病毒载体相比，由于磁性纳米粒子被修饰后带有易于和带负电荷的DNA结合的正电荷，转染效率提高几十到几千倍。
(6)组织修复
磁力组织工程采用磁性阳离子脂质体纳米粒子（MCLs）标记细胞，利用磁力集聚促进细胞分层，形成多层片层三维组织结构。这一方法目前已应用于人间充质干细胞和视网膜色素上皮细胞，用于生成相关组织结构。
(7)磁性纳米颗粒的多功能化和应用
随着对磁性纳米材料研究的深入，人们已经不满足于单一功能颗粒的应用，从而逐渐构建了多功能的磁性纳米颗粒。同时在磁性纳米颗粒表面连接多种功能性分子，如抗体、药物分子、报告基因等，就构成了多功能磁性纳米颗粒。当这种多功能磁性纳米颗粒靶向到肿瘤部位后，颗粒就可以对肿瘤进行诊断和治疗（药物治疗和磁致热疗）。
2.工业技术应用
(1)在磁记录方面的应用
在20世纪计算机刚被发明的时候，利用的存储设备是磁带。随着技术的进步，人类发现了巨磁阻效应（磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象），并成功地应用这一原理，开发出容量各异的硬盘。硬盘是利用磁颗粒的磁性来记录数据，硬盘的盘片数量和盘片大小都已标准化，由于物理尺寸限制，若要提升硬盘的容量，就必须提高磁区的存储密度。随着纳米加工技术的进步，用于存储的磁颗粒也是越来越小，目前，采用三维立体存储技术已经可以实现容量为3TB的商业化存储。
(2)在纳米永磁材料方面的应用
在一定条件下，磁性纳米材料可得到单磁畴结构，这是它的特点之一，性能比普通永磁材料更优越，其永磁性能可以随合金的组元、含量和制造工艺等不同而有显著的变化。目前,研究较多的主要有铁钴钒系、钕铁硼系和铁铬钴系，这些合金掺杂少量其他元素如钛、铜、钴、钨等还可进一步改善其永磁性或加工性。在此基础上，以稀土永磁材料制成的电机高效节能，符合节能减排的要求。
(3)在纳米吸波材料领域的应用
随着雷达、微波通信、电子对抗等军用、民用科学技术的发展，对微波吸收材料提出了更高的要求，虽然有很多材料都具备吸波性能，但是要满足广谱吸收的要求，还要数磁性纳米吸波材料。纳米铁氧体具有复介质吸收特性，是微波吸收材料中较好的一种。将类似铁氧体的纳米磁性材料放入涂料中，能够使涂料既有优良的吸波特性，又有良
好的吸收和耗散红外线性能。
(4)用作气敏传感器
根据纳米粒子的表面效应（当外界环境发生变化时，粒子表面或界面上的离子价态和电子亦发生变化的特点），适当掺杂重金属可使磁性纳米材料的电导和灵敏度得以显著提高。
因此，可将纳米氧化铁制成灵敏的传感器，用于氢气、乙醇、一氧化碳及其他有毒气体的检测。
3.环境治理应用
(1)水处理
磁性纳米材料由于比表面大的特点，对六价铬具有较好的吸附作用，可以在较宽酸度范围吸附大量的六价铬，并且吸附效率高，吸附时间短，材料可以重复使用，对于处理环境污水中的六价铬具有一定的应用价值。同时，磁性纳米材料对水中的砷也具有很好的吸附能力，而且砷一旦被吸附就很难分离。在试验中，水中悬浮着的纳米磁性材料在磁场作用下都被移出了溶液，只剩下净化水，可以使饮用水中砷污染物含量降低到美国环保署要求的水平。(2)吸附脱硫
吸附脱硫由于可在常温常压条件下操作，并对有机硫有较高的吸附选择性，在深度脱硫方面显示出特有的优势，是目前燃油脱硫采用的主要技术之一，但缺点是吸附剂很难从燃油中分离出来。而磁性纳米材料在分离中的主要用途之一是吸附脱硫，磁载体技术可以克服目前常用一些脱硫技术(如离子交换、沉淀、吸附、离子浮选、反相渗透技术)的局限性，显示出巨大的应用前景，引起了人们的极大兴趣。在实际应用中，一方面可以利用核磁响应的特性，使得材料综合各单一组分材料的优异性能，又可以利用分子筛的吸附和较易改性特性，使得吸附剂很容易被富集，进而从燃油中分离出来。
4.其他应用
(1)用作透明颜料
由于纳米氧化铁具有明显的小尺寸效应，可以导致光的绕射，从外观上看是透明的，当其分散在透明介质中制成连续的薄膜时具有透明的着色效果，所以又称之为透明氧化铁。纳米氧化铁具有很好的耐温、耐候、耐酸碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外线等卓越性能，是传统氧化铁颜料无法比拟的，这使得透明氧化铁在高档汽车面漆、建筑涂料、防腐涂料等粉末涂料及塑料、尼龙、橡胶、油墨等许多领域中都得到了广泛应用。(2)用作催化剂
纳米粒子制成催化剂的活性、选择性都高于普通催化剂，还具有寿命长、易操作等特点。目前，磁性纳米催化剂主要应用于固体酸催化、固体碱催化、Heck催化、光催化、催化氧化等领域。
总之，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。纳米科技的诞生将对人类社会产生深远的影响，21世纪初的主要任务是利用纳米材料各种新颖的物理、化学和生物特性设计出各种新型材料和器件，通过纳米技术对传统产品的改性，发展纳米结构的新型产品，增加其科技含量。目前,这项工作已展现出广阔的前景，具备了形成经济新增长点的基础。而磁性纳米材料作为纳米材料科学领域一个明星，在新材料、能源、信息、生物医学等各个领域将发挥重要作用。三、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
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，没有内部原子。
磁筹：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.
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。
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。
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。
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
发光功能化的纳米材料的应用探讨纳米材料在实际应用中，其主要特点是比表面积大、化学反应活性强以及具有良好的尺寸效应，能够和生物体产生特殊的相互作用。在生物标记以及分析检测中则主要是作为生物探针应用，同时纳米技术、生物技术以及分析技术的良好结合，也进一步促进了功能性纳米材料的发展及应用。本文则从发光功能化角度，对纳米材料的发展及应用探讨。 1纳米材料在电化学和电化学发光生物传感中的应用 其中将CdTe量子点作为标志物的免疫传感器，能够同时测定人IgG抗原作为模型蛋白的荧光及电化学。首先借助于聚阳离子电解质PDDA能够在导电玻璃上将金胶纳米粒子在ITO芯片上被成功吸附，之后在金胶纳米离子上固定羊抗人IgG抗体，再实施封闭处理之后芯片则能够和检测出现抗原反应，并和量子点标记的鼠抗人IgG抗体反应。在以上反应结束后可以进行荧光及电化学方式检测。其中电致化学发光则是有效结合电化学和化学发光的检测方法，应用也比较广泛。量子点特点则为荧光特性独特以及生物相容性好，在其应用过程中将硫基乙酸作为稳定剂，则能够成功合成水溶性Cds纳米晶体。在对进行分析过程中，发现水溶液中会出现电致化学发光行为。采用自组装方式和纳米金放大技术相结合，在金电极上修饰Cds纳米晶，则能够构建新型ECL免疫传感器，主要是在低浓度脂蛋白检测中应用。这一材料在实际应用中具有良好的电化学发光以及生物相容性，能够进一步构建量子点电化学发光免疫传感器，主要应用在人免疫球蛋白灵敏
性检测工作中。 2纳米材料在聚合物电致发光中的应用 聚合物电致发光在应用中主要优势为：主动发光，并且效率高、宽视角、能耗低、厚度小、操作简单等等，在照明及平板显示领域中具有良好的应用发展前景，目前已经在全世界科学界及工业界得到普遍关注。聚合物电致发光二极管的首次研究则是在19XX年，英国机剑桥大学首次报道关于聚对苯乙烯的聚合物电致发光二极管，在采用溶液法将聚合物前驱体进行成膜之后，放置在2500C真空高温环境中进行处理，最终为均匀、致密的PPV薄膜，器件的阴阳极分别是Al 和ITO，在＜14V电压环境下则能够实现外量子效率0.05%黄绿光发光。PPV则属于是难溶性共轭聚合物，在其处理过程中一定要选用前驱体方式进行旋涂成膜，在操作过程中工艺复杂，同时薄膜质量也比较差。在19XX年美国加州大学则提出可通行的甲氧基异辛氧基对聚对苯乙烯进行取代，能够在ITO上旋涂MEH-PPV溶液成膜，从而实现发光层，即将金属Ca作为阴极则能够得到1%橘红色发光二极管，这一工艺在操作中简单，同时具有高发光率聚合物电致发光二极管。19XX年则进一步采用柔性塑料基底则可弯曲聚合物电致发光二极管，从而呈现出聚合物电致发光二极管最为迷人一面。在近些年来，世界对聚合物电致发光材料及期间的研究一直都比较重视，并取得显著进步，但是就目前而言不管是聚合物电致发光器件稳定性还是效率上均还有进步空间，因此还需要进一步加大研究。 3纳米材料在化学发光免疫分析中的应用
碳纳米管的性质与应用 【摘要】 本文主要介绍了碳纳米管的结构特点，制备方法，特殊性质，由于碳纳米管独特性质而产生的广泛应用，并对其前景进行展望。 【关键词】 碳纳米管场发射复合材料优良性能 【前言】 自日本NEC科学家Lijima发现碳纳米管以来，碳纳米管研究一直是国际新材料领域研究的热点。由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰，尤其是碳纳米管在复合材料、储氢及催化等领域的应用。 【正文】 一、碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π 键，碳纳米管外表面的大π 键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础[1]。 对多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明，不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管，其表面都结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。以变角X 光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明，单壁碳纳米管表面具有化学惰性，化学结构比较简单，而且随着碳纳米管管壁层数的增加，缺陷和化学反应性增强，表面化学结构趋向复杂化。内层碳原子的化学结构比较单一，外层碳原子的化学组成比较复杂，而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。由于具有物理结构和化学结构的不均匀性，碳
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
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。
功能化纳米材料研究与蛋白质选择性富集分离技术 蛋白质组学以大规模分析细胞或生物体内的蛋白质为目的，主要开展表达蛋白质组学和功能蛋白质组学两类研究工作。生物体内蛋白质种类繁多，性质复杂，数量庞大，尤其是蛋白质翻译后修饰，对现行的蛋白质组学研究方法和技术提出了许多挑战。因此，发展蛋白质研究新技术与新方法，对于解决生物学、疾病诊断和治疗等方面的科学问题有着重大的意义。 功能化纳米材料在科学发展的各个领域都有着广泛应用，相对于普通材料而言，它们具有极大的比表面积和极高的表面活性，特别适于生物医学领域的应用。针对蛋白质组学研究中面临的磷酸化和糖基化蛋白质高效选择性富集方面的热点难点问题，将功能化材料与蛋白质分析结合起来，开展了一系列研究工作，发展了一些基于功能化材料的磷酸化和糖基化蛋白质组学研究新技术新方法。与IMAC相比，磁性纳米新材料具有更高的选择性，并且对低pH溶液、盐类、其它低分子污染物有更高的耐受性。我们先后研究合成了TiO2、ZrO2、Ga2O3等金属氧化物包覆的磁球，并成功用于磷酸化肽段的富集。同时还合成了Fe3O4@C@Ta2O5和Fe3O4@C@SnO2磁球用于磷酸化肽段的富集，展现了优越的富集选择性。同时，我们还研究了糖肽和糖蛋白的富集鉴定新方法。首先合成了纳米级金粒子，然后通过高温煅烧将这些纳米金颗粒烧结到MALDI-QIT-TOF-MS靶板上，再利用金和巯基之间的相互作用在这些纳米金颗粒表面修饰上巯基苯硼酸，用来选择性富集糖基化的肽或者蛋白质。进而发展了利用“三明治”固定方法在硼酸纳米磁性微球表面固定了凝集素蛋白（Con A），并将其用于糖基化蛋白的分离富集。球表面直接固定Con A相比，利用上述“三明治”方法固定的Con A量提高了三倍。Con A纳米磁球、硼酸磁球和商品化的Con A磁球用来进行人肝癌细胞株7703细胞裂解液中糖蛋白的分离富集。利用Con A纳米磁球共鉴定了包含184个糖基化位点在内的172条糖肽，这些糖肽共对应 1
纳米碳材料及其应用材料科学与工程学院
单质碳的存在形式1. 金刚石（Diamond） 2. 石墨（Graphite） 3. 富勒烯（Fullarene） 4. 无定形碳（Amorphous） 5. 碳纳米管（Carbon nanotube） 6. 六方金刚石（Lonsdaleite） 8. 纤维碳（Filamentous carbon） 9. 碳气凝胶（Carbon aerogels） 10. 碳纳米泡沫（Carbon nanofoam）…… 最为坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，最终形成了一种硬度大，活性差的固体。 金刚石的熔点超过350℃，相当于某些恒星的表面温度。 石墨中碳原子以平面层状结构键合在 一起，层与层之间键和比较脆弱，因 此层与层之间容易被滑动而分开。 7. 赵石墨（Chaoite）石墨与陨石碰撞时产生，具有 六边形图案的原子排列。
富勒烯的结构?哈罗德·克罗托（Harold W Kroto）受建筑学家理查德·巴克明斯特（Richard Buckminster Fuller， 1895年7月12日~1983年7月1日）设计的美国万 国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可 能具有类似球体的结构，因此将其命名为 buckminster fullerene（巴克明斯特·富勒烯，简 称富勒烯） ?富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭 式空心球形或椭球形结构的共轭烯。现已分离 得到其中的几种，如C60和C70等。在若干可能 的富勒烯结构中C60，C240，C540的直径比为 1:2:3。 ?C60的分子结构的确为球形32面体，它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的 足球状空心对称分子，所以，富勒烯也被称为 足球烯
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
碳纳米材料的性能及应用 Z09016114 蔡排枝 摘要:纳米材料被誉为21世纪的重要材料,而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性,在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景。本文依据目前碳纳米材料的研究发展现状,阐述了碳纳米材料碳60、碳纳米管及石墨烯的结构性能,并对其应用特性进行了初步探讨和分析。 一.引言 碳纳米材料是指材料微观结构在0-3维内其长度不超过100nm;由碳原子组成,材料中至少有一维处于纳米尺度范围0-100nm;具有纳米结构。它有四种基本类型:a.纳米粒子原子团如C 60 (零维 b. 碳纳米纤维和碳纳米管(1维 c. 碳纳米层或膜材料石墨烯(2维 d.块体纳米材料如金刚石(3维。 由于碳纳米材料的独特结构,使其具有不同于常规材料和单个分子的性质如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,从而导致了碳纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变,并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值,得到广泛的应用。由于石墨,金刚石并不是常用的碳纳米材料。 碳纳米材料中,目前应用最成熟的就是碳纳米管。碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料,由石碳原子层卷曲而成,管直径一般为几纳米到几十纳米,管厚度仅为几纳米,长度可达数微米。由于拥有潜在的优越能,碳纳米管无论在物理、化学还是在材料科学领域都将有大发展前景。比如在材料科学领域,碳纳米管的长度是直的几千倍,被称为“超级纤维”,其性质随直径和螺旋角的同有明显变化。近年来,美国、日本、德国和中国等国家相成立了纳米材料研究机构,使碳纳米管的研究进展随之加快并在制备及应用方面取得了突破性进展。 二.碳纳米材料的性能
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
Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2019, 9(3), 93-100 Published Online August 2019 in Hans. https://www.doczj.com/doc/d510342211.html,/journal/nat https://https://www.doczj.com/doc/d510342211.html,/10.12677/nat.2019.93011 Application of Functionalized Mesoporous Silica Nanomaterials Zhengdong Yan*, Xiaolei Liang, Huiling Tang, Qiang Xiao Key Laboratory of the Ministry of Education for Advanced Catalysis Materials, Institution of Advanced Fluorine-Containing Materials, Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang Received: Jul. 28th, 2019; accepted: Aug. 9th, 2019; published: Aug. 16th, 2019 Abstract Mesoporous silica nanomaterials have a unique structure and are easy to be modified by surface functionalities. They can be combined with materials of different functions to form a new type of material with specific purposes and have a wide range of uses. In this review, we discuss several methods for synthesizing functionalized mesoporous silica and its special nanostructures. Com-bined with the latest literature, we introduced some applications of functionalized mesoporous si-lica nanoparticles in environmental protection, industrial catalysis, and as drug carriers. Keywords Mesoporous Silica, Nanomaterials, Functionalization, Application 功能化介孔二氧化硅纳米材料的应用 闫正东*，梁晓蕾，汤会玲，肖强 浙江师范大学，含氟新材料研究所，先进催化材料教育部重点实验室，浙江金华 收稿日期：2019年7月28日；录用日期：2019年8月9日；发布日期：2019年8月16日 摘要 介孔二氧化硅纳米材料结构独特，易于表面功能化修饰，能够结合不同功能的材料形成具有特定用途的新型材料，用途极为广泛。这篇综述讨论了几种合成功能化介孔二氧化硅的方法，以及其特殊的纳米结构。还结合最新文献，介绍了一些功能化介孔二氧化硅纳米粒子在环境保护、工业催化以及作为药物载体等领域的应用。 *通讯作者。
几种碳纳米材料的制备及其应用研究 碳基纳米材料是指分散相至少有一维小于100 nm的碳材料。分散相可以由碳原子组成,也可以由其它原子(非碳原子)组成。 到目前为止,发现的碳基纳米材料有富勒烯、碳纳米管、石墨烯、荧光碳点及其复合材料。碳基纳米材料在硬度、耐热性、光学特性、耐辐射特性、电绝缘性、导电性、耐化学药品特性、表面与界面特性等方面都比其它材料优异,可以说碳基纳米材料几乎包括了地球上所有物质所具有的特性,如最硬—最软,全吸光—全透光,绝缘体—半导体—良导体,绝热—良导热等,因此具有广泛的用途。 发展制备这些材料的新方法、新技术,研究这些材料不同的纳米结构对性质的影响,不仅有重要的理论价值,而且对能源和生命分析领域的快速发展也具有重要的实际意义。在本论文工作中,以碳基纳米材料为主体,以微波水热、溶剂热等液相合成策略为手段,从探索纳米材料的结构、表面性质与其性能的关系出发,构建功能化碳基纳米材料,以满足在能源和生命分析应用中的要求。 本论文研究工作主要包括以下几方面的内容:1.微波辅助原位合成石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩复合物及其在超级电容器中的应用本工作中我们报道了一个新颖的微波辅助原位合成石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩复合物的新方法。首先,石墨烯氧化物(GO)和3,4-乙烯二氧噻吩单体(EDOT)通过两者间的吸附作用形成GO/EDOT复合物。 然后,在微波加热条件下,GO表面吸附的EDOT单体被GO氧化聚合为聚3,4-乙烯二氧噻吩,同时GO转化为石墨烯,进而形成石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩(G/PEDOT)复合物。产物中不含过量的EDOT或GO,从而保证了复合物的纯度。 本研究还对该复合物的结构进行了表征,利用循环伏安和恒电流充放电技术
纳米粒子表面功能化研究进展* 齐天骄1，2，邓建国1，2 ，黄奕刚1 (1.中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳621900)（2.中国工程物理研究院化工材料研究所新材料研究中心，四川绵阳 621900） 摘 要：纳米粒子表面改性包括物理改性和化学改性。物理改性一般采用高能表面改性法对纳米 粒子进行修饰；化学改性分为硅烷偶联剂、酯化反应、表面接枝和表面活性剂等方法。关键词：纳米粒子；表面；修饰 Research Progress in Surface-modifications of Nanoparticle QI Tian-jiao 1,2,DENG Jian-guo 1,2,HUANG Yi-gang 1 (1.Institute of Chemical Materials,China Academy of Engineering Physics ， Mianyang 621900，China) (2.New Material Research Center,Institute of Chemical Materials ，China Academy of Engineering Physics ，Mianyang 621900，China) Abstract:Surface-modification includes Physical modification and chemical modification.Physical modification is that kinds of rays irradiate nanoparticles to modify and nanoparticles is encrusted with some other https://www.doczj.com/doc/d510342211.html,ing coupling agent,esterification,some groups be grafted onto the surface of nanoparticles and surface active agent modified are parts of chemical modification. Keywords:nanoparticles;surface;modification 中图分类号：TB34文献标识码：A 文章编号：1812-1918（2009）02-0070-05 收稿日期：2008-12-04 *基金项目：中国工程物理研究院军转民重点基金项目(JM200703)0引言 纳米材料是纳米科技领域最富有活力、研究 内涵最丰富的分支学科之一。纳米粉体指粒子尺寸为1～100nm 的超微颗粒，是纳米材料的重要组成部分及原材料，其本身的结构和特性决定了纳米固体材料的许多新特性[1]，在电子学、光学、化工、 陶瓷、生物和医药等诸多领域具有广泛的应用前景：纳米陶瓷的韧性有很大提高，而且，控制恰当的烧结温度，其韧性可与硬度同步提高，特别是 纳米陶瓷有望出现低温延性；为了提高磁记录的密度,磁记录介质中的磁性颗粒尺寸已由微米\亚微米向纳米尺度过渡；将纳米微粒与塑料复合，可起到对塑料增强增韧作用，改善塑料的耐老化性，赋予材料的功能化。我国自行研制的纳米塑料耐磨性是黄铜的27倍，钢铁的7倍，在2008年北京奥运会上得到较好的应用[2]；美国将纳米Fe 3O 4与药物结合，利用其超磁性，通过外加磁场导航将药物定向释放至病变组织或器官中，以减少药物副作用[3]。 但是，纳米粒子极易团聚，与大部分聚合物相容性差，其分散问题是目前超细粉体研究的热点和难点。而纳米粒子表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键等，使 70