磁性纳米颗粒研究热点

磁性纳米颗粒研究热点

近年来,磁性纳米颗粒因为其优异的物理化学性质，如良好的磁性能，大的比表面积，表面易于功能化而被广泛地应用于各个领域。主要为催化剂[1],吸波材料[2],生物医学工程[3],数据存储等。

磁性纳米颗粒在催化剂方面体现出极大的优势.通过将磁性纳米颗粒作为核,再将表面包覆不同的材料，如氧化硅，碳，聚合物等构建核壳纳米颗粒,能发展出一种新型催化剂.壳层材料提供催化活性，磁核协同催化。既能提高催化效率，同时在外加磁场对磁性核作用下可以对催化剂进行分离和控制.这样就能够实现磁性纳米颗粒的可磁性回收和重复使用[4]。如Xuan[5]等通过制备Fe3O4/Polyaniline/Au大幅提高了催化剂的可循环利用次数,从而方便的实现将催化剂控制和回收，将催化剂的循环利用,因此也降低了成本。中科院的Huang和Liu[6]等合成的具有高比表面Ag的Fe3O4@TiO2纳米复合材料在半小时内可以完全催化降解亚甲基蓝溶液，由于具有磁性,所以通过外磁场分离后可以重复使用，并且重复使用光催化效率不会降低。

目前通过对磁性纳米颗粒进行表面改性或修饰，或者壳核结构设计，以合成出一系列的催化剂，并成功应用于有机合成中。提高磁性纳米催化剂的稳定性和分散性是研究重点。使用低毒性且易得的前体、环境友好溶剂和载体，在温和条件下合成稳定性好、活性高的超顺磁性纳米催化剂，将是今后磁性纳米催化剂发展方向[7]。

随着电子技术的飞速发展,人们日常生活中受到的电磁辐射不断增多,同时为适应现代战争的需要,隐身材料在武器中将被广泛应用,因此,吸波材料的研究具有重要的实用价值。磁性吸波材料是目前研究和应用最多的一类[8]。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。铁氧体系列吸波材料具有吸收率高、涂层薄和频带宽等优点。铁氧体按晶体结构的不同，可分为立方晶系尖晶石型( AFe2O4，A 代表Mn，Zn，Ni，Mg 等) 、稀土石榴石型( Ln3Fe5O12，Ln 代表Y，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Lu 等) 和六角晶系磁铅石型( AFe12O19 ，A 代表Ba，Sr，Ca 等) 三种。用作吸波材料的主要是尖晶石型和磁铅石型。目前国内外研究最多的是对于Ba 系M，W和Z 型六角晶系铁氧体。为了提高或者控制铁氧体的性能，离子取代或者掺杂是常用的手段。将铁氧体与其他类型的材料进行复合，复合材料能够兼具不同材料的物化性能，原有材料的缺陷得以有效改善，从而可获得良好的吸波效果。复合主要有以下四大类: 碳纳米管与铁氧体复合，导电高分子与铁氧体复合，金属微粉与铁氧体复合，不同类型铁氧体复合等。Li[9]等人通过简单的溶剂热法制备了新型氧化石墨烯包裹四氧化三铁/酞菁铁.并研究了4,4′-bis(3,4-dicyanophenoxy)biphenyl (BPH) 含量对微波吸收性能的影响。随着BPH含量的增加，所制备材料对微波的吸收能力增强，并且当匹配厚度为2.5毫米时，在10.8 GHz时，有最大的反射损耗−27.92 dB 。另外，磁性纳米颗粒的形貌，结构也会影响其吸波性能。Kun Jia [10]等人合成了松散的Fe3O4纳

米微球，并且通过发现：所合成的松散的纳米Fe3O4在微波频段表现出两个磁损耗峰，分别为：4 - 5GHz，16 - 17GHz。固体Fe3O4微球只有4–5 GHz一个峰，因此，后峰是由于松散的圈层结构形态的影响而产生的。

理想中的吸波材料应该是厚度薄、密度小、频带宽、吸收强。而目前国内外磁性纳米颗粒作为吸波材料还存在在频带窄、密度大、性能低等缺点。因此，克服这些缺点是以后主要的研究方向[11]。

1) 进行多种材料的复合，制备复合型吸波材料，主要是将电损耗型材料与磁损耗型材料相复合，使其更趋于阻抗匹配，从而改善吸波效果。

2) 可以对磁性吸波材料的结构进行设计，将其制成不同的形状，如纤维状、蜂窝状、团簇状或薄片状，可以降低吸波材料的密度，有效拓宽吸波频带，提高吸波性能。

在生物医学方面，磁性纳米颗粒表面经表面修饰后，所生成的这种复合材料具有良好的生物相容性、低毒副性、表面团聚现象得到改善。因此，可广泛应用于生物医学的各个领域。常用的表面改性手段有：一种是改性材料（通常为一些有机小分子化合物）与颗粒表面依靠化学键结合；另一种方法则是用有机或无机材料直接包裹磁性纳米颗粒，主要包括表面活性剂、高分子聚合物、贵金属以及二氧化

硅等。目前，磁性纳米颗粒在生物医学中的应用，如生物分离（细胞、蛋白质）、靶向载药、热疗、核磁共振成像等是研究热点。Shao[12]

等人通过可原位合成法合成了Fe3O4@SiO2@LDH微球。该微球具有三维核心−壳结构和大的比表面积，可用于对标记蛋白的有效磁分离

由于NiAl-LDH壳提供了丰富的对接点他的标记蛋白通过Ni2+和之间的结合标签。此外，因为超顺磁性Fe3O4核的存在，如果外加磁场，可以促进该微球的回收复用。并且Fe3O4@SiO2 @ NiAl-LDH微球显示出高的对标记的绿色荧光蛋白的选择性和稳定性分离周期。Koppolu[13]等人用亚铁和三价铁共沉淀合成靶向药物控释纳米铁氧化物。其用表面活性剂多库酯钠（AOT）表面锈蚀，最后在将其包覆PNIPAM和聚（D，L-乳酸-乙醇酸）（PLGA）得到两层壳结构。

由于磁性纳米颗粒具有很高的比表面积，且本身又具有磁性，存在永久性的团聚作用，因此，制备尺寸均匀可控、单分散性好的磁性纳米颗粒仍是今后研究的热点。磁性纳米颗粒在生物分离、靶向载药、热疗等应用有很大的前景。以后的研究重点集中在[14]：

1）如何最优化磁性纳米颗粒的制备和性能，使其具有强磁响应性能，进而满足不同领域的应用要求。对于热疗，须满足高的Ms。

2）提高磁性纳米颗粒的稳定性。

3）制备生物相容性好的磁性纳米颗粒仍然是以后的研究重点。

4）制备出具有多功能的磁性纳米颗粒。

磁处理水技术是近几年发展起来的一门新的污水处理技术。其主要是利用废水中杂质颗粒的磁性对其进行分离。其中常用的磁性纳米颗粒为Fe3O4。因为其本身具有的高比表面积和表面原子配位不足等