磁性纳米颗粒

2021-02-26 11:06:36 浏览:1452

定义

磁性纳米颗粒(英语:magnetic nanoparticle)是一类可以使用磁场操纵的纳米粒子。此类粒子通常由两种成分组成,一种是磁性材料(通常是铁,镍和钴),另一种是具有功能性的化学成分。纳米粒子的直径小于1微米(通常为1-100纳米),而较大的微珠的直径为0.5-500微米。由许多单个磁性纳米粒子组成的磁性纳米粒子簇被称为直径为50-200纳米的磁性纳米珠。磁性纳米粒子簇是它们进一步磁性组装成磁性纳米链的基础。磁性纳米粒子是近来研究的重点,因为它们具有诱人的性能,可以看到其在催化中的潜在用途,包括基于纳米材料的催化剂,生物医学和组织特异性靶向,磁性可调胶体光子晶体,微流控技术,磁共振成像,磁粉成像,数据存储,环境修复,纳米流体,光学过滤器,缺陷传感器,磁冷却和阳离子传感器。

磁性纳米粒子的主要类型

氧化物:铁氧体

铁氧体纳米颗粒或氧化铁纳米颗粒(磁赤铁矿或磁铁矿晶体结构中的氧化铁)是迄今为止研究最多的磁性纳米颗粒。一旦铁氧体颗粒变得小于128 nm,它们就会变成超顺磁性,从而防止自团聚,因为仅当施加外部磁场时,它们才会表现出其磁性。通过将许多单个的超顺磁性纳米颗粒控制成簇,形成超顺磁性纳米颗粒簇,即磁性纳米珠,可以大大提高铁氧体纳米颗粒的磁矩。关闭外部磁场后,剩磁降为零。就像非磁性氧化物纳米粒子一样,铁氧体纳米粒子的表面经常被表面活性剂,二氧化硅,硅酮或磷酸衍生物改性,以增加其在溶液中的稳定性。

图 1 负载二氧化硅壳的氧化铁纳米颗粒

几种常用的合成方法

1、热分解法

原理:在高温反应介质中,有机铁盐被快速热分解,后经过氧化得到单分散性好、结晶度高,粒径分布狭窄的磁性颗粒。

调节手段:通过控制反应温度,反应时间,前驱体的量,Fe/表面活性剂比率来较精确地控制粒径。

2、溶剂热法

原理:水热法以及溶剂热法的合成是在一个特别密封的反应容器里(高压反应釜)建立起130-250 ℃的高温以及 0.3-4.0 MPa 的高压环境,对其中的溶液加热使得难溶物或不溶物溶解再结晶的一个过程。

调节:通过调节溶剂、温度、反应时间来优化颗粒尺寸。

3、共沉淀法

原理:在惰性气氛下,将二价铁和三价铁以1:2的摩尔比在碱性环境中混合反应而成,反应速度快,操作简单,粒径分布宽。

 

调节:通过不同的前驱体、合适的表面活性剂(柠檬酸钠、聚乙二醇、油酸)和实验温度来优化粒径分布和大小。

4、微乳液法

原理:在两种互不相溶的液体及表面活性剂组成的各相同性的热力学稳定体系,表面活性剂的界面薄膜可以对一相或两相中的微乳液珠起稳定作用。微乳液滴为纳米颗粒的形成提供反应器。粒径分布窄,但是操作难,不易大规模生产。

图 3 油酸修饰Fe2O3纳米颗粒的TEM显微照片

调节:通过调节表面活性剂种类以及水和表面活性的比例来优化颗粒尺寸。

参考文献

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[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_nanoparticles

参阅:成像、超声成像、磁共振成像、靶向诊疗、磁热治疗

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