超顺磁性纳米材料 (2).ppt

超顺磁性纳米材料 张晓庆 4111430074 2011级应用化学2班 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。 一些纳米材料的照片 碳纳米管 树状大分子 纳米氧化钇 (陶瓷专用) 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。 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。 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。 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。 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。 四.超顺磁性纳米材料的制备 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 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