超顺磁性纳米材料

四.超顺磁性纳米材料的制备
⑴ 共沉淀法： Fe2+与Fe3+的可溶性盐在碱性条件下配成混合水溶 液, 于室温或者加热条件下将Fe2+和Fe3+共同沉淀出来, 从而制得Fe3O4 磁性纳米粒子。常用的Fe3 + /Fe2 +摩尔 比为2, 水解反应的pH值控制在9～13 之间。其中铁盐的 种类、Fe2 + 和Fe3 +的摩尔比、反应温度、溶液pH值和 离子浓度等都对磁性纳米粒子的粒径、形状和成分有着 十分明显的影响。共沉淀法简便易行, 反应条件温和, 所制备的粒子在水溶液中分散性好。但由于制备过程中 粒子的成核过程和生长过程受到复杂的水解平衡过程影 响, 粒子往往形状不规则, 尺寸分布较宽, 且易发生团 聚, 表面缺乏保护层, 极易被氧化。
经研究显示，超顺磁性纳米颗粒在液体中 处于悬浮状态，在外加梯度磁场的作用下可被 磁化而发生定向移动，在指定部位可以从介质 中分离出来；而当外加磁场去除后，其又可以 重新处于悬浮状态，从而具有良好的分散性和 可操作性。而磁性分离技术本身成本低，可操 作性强，因此超顺磁性纳米材料在机械、电子、 光学、磁学 、化学和生物医学等领域有着广 泛的应用前景。
⑵ 高温分解法： 高温分解法是通过在高沸点有机溶剂中热 分解有机金属化合物来制备磁性纳米粒子。该 方法克服了共沉淀法制备磁性纳米粒子的缺点 , 能够制备出形状规则、粒径均一、单分散的磁 性纳米粒子。有机金属化合物通常选用乙酰丙 酮类金属、金属试剂盐或羰基铁化合物等，脂 肪酸、油酸和油胺等是常用的表面活性剂。 IBM公司的科学家Sun等使用晶种生长法, 将乙 酰丙酮类金属在油酸、油胺、高级脂肪醇共存 的条件下, 在高沸点溶剂中加热回流, 合成出 粒径4～20nm、形状规则且饱和磁化强度较高 的磁性纳米粒子
碳纳米管
树状大分子
树状大分子，是一种高 度支化、对称、呈辐射 状的新型功能高分子， 在主客体化学、催化剂、 金属纳米材料、纳米复 合材料、膜材料、表面 活性剂、医学等研究领 域都有广泛的用途。
纳米氧化钇 (陶瓷专用)
有序排列的纳米多孔材料
纳米四氧化三铁
二.超顺磁性性纳米材料的概念
超顺磁性纳米颗粒是指具有磁响应性的纳米级粒 子，其直径一般小于30nm,当磁性纳米粒子的粒径小 于其超顺磁性临界尺寸时，粒子进入超磁性状态。
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三.超顺磁性纳米材料的应用原理
磁性复合纳米粒通常具有两种结构, 一种结 构是以纳米磁性粒子(Magnetic Particles,MP) 作为内核, 某一功能化材料为外壳；而另一种 结构则相反, 其外壳为纳米磁性粒子,包括纳 米磁性粒子作为外壳的中空亚微球等各种复合 结构物质的磁性来源于物质内部电子和核的磁 性质。这样的结构使磁性纳米复合材料具有纳 米材料的小尺寸效应，量子效应，强大的比表 面积，量子隧道等效应，以及其他复合材料的 相关特性。
⑶ 低温双相回流法： 在最近的研究中, Gu等结合共沉淀 法和高温分解法的优点, 开发出低温双 相回流法, 即以 FeCl2 ·4H2O,FeCl3 ·6H2O, C18H33O2Na 和NaOH为原料, 在水、乙醇和甲苯的混 合溶剂中, 较低温度下回流后制得Fe3O4 磁性纳米粒子, 其合成路线见图。所制 备的超顺磁性Fe3O4 纳米粒子大小均一、 粒径分布窄、单分散性好。
任何带电体的运动都必然在它周围产生 磁场，而纳米粒子表面的化学物质会对粒子 的化学和物理性质产生很大影响。对于纳米 粒子而言，随着颗粒的减小，表面原子所占 比例越来越大，导致表面效应也越来越显著。 由于粒子不完全是球形，使表面的磁性金属 离子所处化学环境的对称度降低，因此粒子 表面层的磁结构往往与内部的很不相同。这 些不同可能会导致粒子的磁性能发生变化。
在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能 源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然 对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、 高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸 要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进 制造技术等对材料性能要求越来越高。新产品的 创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增 强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起 重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构 是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经 济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也 是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成 部分。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看 不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一 场革命”。
绪论
一.纳米材料的简单介绍 二.超顺磁性性纳米材料的概念 三.超顺磁性纳米材料的应用原理 四.超顺磁性纳米材料的制备 五.超顺磁性纳米材料的应用 六.纳米材料的未来发展之路
一.纳米材料的简单介绍
纳米材料（Nano material)又称为超微颗 粒材料，由纳米粒子（nanoparticles，NP） 组成，纳米粒子也称超微颗粒，即纳米球 （nanospheres）与纳米囊（nanocapsules） 的统称，粒子尺寸范围通常是在1～100nm之间。 由于纳米粒子的尺寸处于单个原子、分子与体 相材料之间，具有小尺寸效应、量子尺寸效应、 表面效应、宏观量子隧道效应、体积效应等， 使得其性质与单个原子、分子及体相材料明显 不同，而具有优异的电学、光学极催化性能等。
由于磁性四氧化三铁生物纳米颗粒的制作简单， 直径可达10nm以下，具有比表面积效应和磁效应， 在外加磁场的作用下可具有靶向性，且四氧化三铁 的晶体对细胞无毒。在磁性四氧化三铁的晶体表面 可很容易地包埋生物高分子，如多聚糖、蛋白质等 形成核壳式结构，可使其达到生物相容性，使其有 越来越多的应用研究领域。
一些纳米材料的照片
这种新型纳米制造工艺被用在改进玻璃 性能上---晶盾玻璃透光隔热系列产品 在“红外线阻隔率”、“降温幅度”、 “节能指数”、“紫外线阻隔率”、 “透光率”、“空气净化功能”、“有 效去除甲醛等各种有害气体”、“防污、 清洁功能”“创新智能清洁、防污”等 核心技术参数方面远远超越了传统的保 温材料和普通玻璃贴膜。从而在智能清 洁、防雾、防滑、建筑节能、防紫外线 等决定玻璃性能的核心方面，具有巨大 的优势。