超順磁性納米材料第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

在充滿生機(jī)的21世紀(jì)，信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進(jìn)制造技術(shù)和國(guó)防的高速發(fā)展必然對(duì)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(chǔ)和超快傳輸?shù)葘?duì)材料的尺寸要求越來(lái)越?。缓娇蘸教?、新型軍事裝備及先進(jìn)制造技術(shù)等對(duì)材料性能要求越來(lái)越高。新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來(lái)10年對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)振興、國(guó)力增強(qiáng)最有影響力的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域，納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一。納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分重要影響的研究對(duì)象，也是納米科技中最為活躍、最接近應(yīng)用的重要組成部分。正像美國(guó)科學(xué)家估計(jì)的“這種人們?nèi)庋劭床灰?jiàn)的極微小的物質(zhì)很可能給予各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命”。第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日緒論一.納米材料的簡(jiǎn)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(yīng)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(yīng)用六.納米材料的未來(lái)發(fā)展之路第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一.納米材料的簡(jiǎn)單介紹

納米材料（Nanomaterial)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(tǒng)稱，粒子尺寸范圍通常是在1～100nm之間。由于納米粒子的尺寸處于單個(gè)原子、分子與體相材料之間，具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、體積效應(yīng)等，使得其性質(zhì)與單個(gè)原子、分子及體相材料明顯不同，而具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)極催化性能等。第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日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(jìn)玻璃性能上---晶盾玻璃透光隔熱系列產(chǎn)品在“紅外線阻隔率”、“降溫幅度”、“節(jié)能指數(shù)”、“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(chuàng)新智能清潔、防污”等核心技術(shù)參數(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的保溫材料和普通玻璃貼膜。從而在智能清潔、防霧、防滑、建筑節(jié)能、防紫外線等決定玻璃性能的核心方面，具有巨大的優(yōu)勢(shì)。第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日樹(shù)狀大分子樹(shù)狀大分子，是一種高度支化、對(duì)稱、呈輻射狀的新型功能高分子，在主客體化學(xué)、催化劑、金屬納米材料、納米復(fù)合材料、膜材料、表面活性劑、醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域都有廣泛的用途。第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日納米氧化釔

(陶瓷專用)納米四氧化三鐵

有序排列的納米多孔材料

第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日二.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(yīng)性的納米級(jí)粒子，其直徑一般小于30nm,當(dāng)磁性納米粒子的粒徑小于其超順磁性臨界尺寸時(shí)，粒子進(jìn)入超磁性狀態(tài)。

由于磁性四氧化三鐵生物納米顆粒的制作簡(jiǎn)單，直徑可達(dá)10nm以下，具有比表面積效應(yīng)和磁效應(yīng)，在外加磁場(chǎng)的作用下可具有靶向性，且四氧化三鐵的晶體對(duì)細(xì)胞無(wú)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(zhì)等形成核殼式結(jié)構(gòu)，可使其達(dá)到生物相容性，使其有越來(lái)越多的應(yīng)用研究領(lǐng)域。第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日三.超順磁性納米材料的應(yīng)用原理

磁性復(fù)合納米粒通常具有兩種結(jié)構(gòu),一種結(jié)構(gòu)是以納米磁性粒子(MagneticParticles,MP)作為內(nèi)核,某一功能化材料為外殼；而另一種結(jié)構(gòu)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(fù)合結(jié)構(gòu)物質(zhì)的磁性來(lái)源于物質(zhì)內(nèi)部電子和核的磁性質(zhì)。這樣的結(jié)構(gòu)使磁性納米復(fù)合材料具有納米材料的小尺寸效應(yīng)，量子效應(yīng)，強(qiáng)大的比表面積，量子隧道等效應(yīng)，以及其他復(fù)合材料的相關(guān)特性。第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

任何帶電體的運(yùn)動(dòng)都必然在它周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，而納米粒子表面的化學(xué)物質(zhì)會(huì)對(duì)粒子的化學(xué)和物理性質(zhì)產(chǎn)生很大影響。對(duì)于納米粒子而言，隨著顆粒的減小，表面原子所占比例越來(lái)越大，導(dǎo)致表面效應(yīng)也越來(lái)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(xué)環(huán)境的對(duì)稱度降低，因此粒子表面層的磁結(jié)構(gòu)往往與內(nèi)部的很不相同。這些不同可能會(huì)導(dǎo)致粒子的磁性能發(fā)生變化。

第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

經(jīng)研究顯示，超順磁性納米顆粒在液體中處于懸浮狀態(tài)，在外加梯度磁場(chǎng)的作用下可被磁化而發(fā)生定向移動(dòng)，在指定部位可以從介質(zhì)中分離出來(lái)；而當(dāng)外加磁場(chǎng)去除后，其又可以重新處于懸浮狀態(tài)，從而具有良好的分散性和可操作性。而磁性分離技術(shù)本身成本低，可操作性強(qiáng)，因此超順磁性納米材料在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四.超順磁性納米材料的制備

⑴共沉淀法：

Fe2+與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(lái),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(yīng)的pH值控制在9～13之間。其中鐵鹽的種類、Fe2+和Fe3+的摩爾比、反應(yīng)溫度、溶液pH值和離子濃度等都對(duì)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(jiǎn)便易行,反應(yīng)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(guò)程中粒子的成核過(guò)程和生長(zhǎng)過(guò)程受到復(fù)雜的水解平衡過(guò)程影響,粒子往往形狀不規(guī)則,尺寸分布較寬,且易發(fā)生團(tuán)聚,表面缺乏保護(hù)層,極易被氧化。第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

⑵高溫分解法：高溫分解法是通過(guò)在高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中熱分解有機(jī)金屬化合物來(lái)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(diǎn),能夠制備出形狀規(guī)則、粒徑均一、單分散的磁性納米粒子。有機(jī)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(xué)家Sun等使用晶種生長(zhǎng)法,將乙酰丙酮類金屬在油酸、油胺、高級(jí)脂肪醇共存的條件下,在高沸點(diǎn)溶劑中加熱回流,合成出粒徑4～20nm、形狀規(guī)則且飽和磁化強(qiáng)度較高的磁性納米粒子第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日⑶低溫雙相回流法：在最近的研究中,Gu等結(jié)合共沉淀法和高溫分解法的優(yōu)點(diǎn),開(kāi)發(fā)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(jiàn)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。第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日低溫雙相法制備磁性納米粒子合成路線第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日⑷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(zhì)的量比混合后，沉淀劑為過(guò)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(jiǎn)單，操作方便。但須嚴(yán)格控制影響微粒粒徑和磁學(xué)性能的因素，提高微粒的磁性及穩(wěn)定性。第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日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。

第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日五.超順磁性納米材料的應(yīng)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(guò)磁場(chǎng)控制其物理性能的特點(diǎn)，具有液態(tài)載體的流動(dòng)性、潤(rùn)滑性以及密封性。它是由納米級(jí)(10nm以下)的強(qiáng)磁性微粒高度彌散于某種液體中所形成的穩(wěn)定的膠體體系?？捎米鳈C(jī)械密封的旋轉(zhuǎn)軸密封（動(dòng)密封），利用磁性液體既是流體又是磁性材料的特點(diǎn),可以把它吸附在永久磁鐵或電磁鐵的縫隙中,使兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體得到密封。形成液體O型環(huán)，用于精密儀器、精密機(jī)械、氣體密封、真空密封、壓力密封等；動(dòng)密封應(yīng)用最廣，可實(shí)現(xiàn)零泄漏，具有密封液用量少、防震、無(wú)機(jī)械磨損、小磨擦、低功耗、無(wú)老化、自潤(rùn)滑、壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速適應(yīng)范圍寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)軸加工精度及光潔度要求不高、密封可靠等優(yōu)點(diǎn)。

第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日（2）磁保?。?/p>

眾所周知，人體具有生物磁場(chǎng)，人體的每一個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)磁微單元，因此外界磁場(chǎng)的變化都會(huì)影響人體的生理機(jī)能。據(jù)報(bào)道可知，磁場(chǎng)對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、心臟功能、血液成份、血管系統(tǒng)、血脂、血液流變學(xué)、免疫功能、內(nèi)分泌功能和等具有影響作用。因此，其對(duì)人體具有疾病治療和保健作用?；谶@種原理，我們發(fā)明了納米磁性粉體，使添加此種粉體的產(chǎn)品達(dá)到調(diào)整人體機(jī)能和提高抗病能力，起到醫(yī)療保健的作用。制得的水基磁性液體穩(wěn)定性很好，放置幾個(gè)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(chǎn)品中，可廣泛用于各類化纖、塑料、橡膠等，是保健產(chǎn)品、養(yǎng)生產(chǎn)品的極佳添加材料。

第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

⑶磁性納米藥物：

Bahadur等首先利用氨基硅烷對(duì)Fe3O4納米顆粒進(jìn)行包覆以實(shí)現(xiàn)其氨基官能化，然后通過(guò)Michael加成反應(yīng)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(shù)枝狀磁性納米顆粒藥物載體。細(xì)胞生物學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，該樹(shù)枝狀磁性納米顆粒本身對(duì)細(xì)胞無(wú)細(xì)胞毒性，顯示出良好的生物相容性。第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

通過(guò)靜電相互作用將抗癌藥物鏈霉菌成功結(jié)合于該磁性納米顆粒表面，測(cè)試結(jié)果表明，在最佳酸度條件下，藥物分子可以有效得以釋放，且在外加磁場(chǎng)作用下，其藥物釋放效率可以得到極大提高。第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

除以上幾種應(yīng)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(fù)印顯影劑，尤其在醫(yī)藥學(xué)中有廣泛應(yīng)用，如增強(qiáng)磁共振成像(MRI)等。第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日六.納米材料的未來(lái)發(fā)展之路

在過(guò)去的十多年里，納米基金項(xiàng)目保持平穩(wěn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，年平均增長(zhǎng)率在20-30%,2000年批準(zhǔn)的納米基金項(xiàng)目明顯增多。在一次調(diào)研中，就課題帶有“納米”字樣的項(xiàng)目作了統(tǒng)計(jì):1990至2000年間、至少有536個(gè)題目帶有“納米”字樣的項(xiàng)目；在1999年和2000年中，科學(xué)基金新批準(zhǔn)和資助的在研納米基金項(xiàng)目，總經(jīng)費(fèi)達(dá)8000萬(wàn)元左右。第二十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

2012年1月，中國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)劃”），“規(guī)劃”中將納米材