納米磁性材料及其制備技術(shù)研究進(jìn)展評(píng)述

1、納米磁性材料及其制備技術(shù)研究進(jìn)展評(píng)述 納米永磁材料及其制備技術(shù)研究進(jìn) 展評(píng)述 前言 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及評(píng)述 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 前言 磁性是物質(zhì)的基本屬性之一。早在公元前四世紀(jì),人們就發(fā)現(xiàn)了天然的磁石(磁鐵礦Fe3O4 ) ,我國(guó)古代人民最早用磁石和鋼針制成了指南針,并將它用于軍事和航海。磁性材料一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防工業(yè)的重要支柱和基礎(chǔ),廣泛應(yīng)用于電信、自動(dòng)控制、通訊、家用電器等領(lǐng)域。而現(xiàn)代社會(huì)信息化發(fā)展的總趨勢(shì)是向小、輕、薄以及多功能方向發(fā)展,因而要求磁性材料向高性能、新功能方向發(fā)展。 由于社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步,磁性納米材料的研究和應(yīng)用領(lǐng)域有了很大的擴(kuò)展。人們有意識(shí)地制備納米磁性微粒,可以追溯到

2、20 世紀(jì)60 年代,然而大自然卻早已存在多種形式的納米磁性微粒:千里迢迢能安全歸航的鴿子、具有記憶功能的蜜蜂、蝴蝶、高智商的海豚等均含有引導(dǎo)方向的納米磁性微粒所構(gòu)成的磁羅盤(pán)。至于磁性微粒與生物體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系,至今還是神秘的謎1 。 納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，包括納米粉體（零維納米材料，又稱(chēng)納米粉末、納米微粒、納米顆粒、納米粒子等）、納米纖維（一維納米材料）、納米薄膜（二維納米材料）、納米塊體（三維納米材料）、納米復(fù)合材料和納米結(jié)構(gòu)等。納米磁性材料大致可分為3 大類(lèi)：一是納米顆粒，二是納米微晶，三是納米結(jié)構(gòu)材料。 納米磁性材料是20 世

3、紀(jì)80 年代出現(xiàn)的一種新型磁性材料。當(dāng)顆粒尺寸為納米級(jí)時(shí),由于納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等, 其多種電磁特性或物理特性即發(fā)生變化, 例如, 光吸收顯著增加, 并產(chǎn)生吸收峰的等離共振頻移; 磁有序態(tài)向磁無(wú)序態(tài)、超導(dǎo)向正常相的轉(zhuǎn)變; 聲子譜發(fā)生改變。研究發(fā)現(xiàn), 當(dāng)納米級(jí)強(qiáng)磁性顆粒(Fe2Co 合金, 氧化鐵等) 尺寸為單磁疇臨界尺寸時(shí), 具有甚高的矯頑力, 可制成磁性信用卡、磁性鑰匙、磁性車(chē)票等, 還可以制成磁性液體, 廣泛地用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封、潤(rùn)滑、選礦等領(lǐng)域。鐵磁性的物質(zhì)進(jìn)入納米級(jí)( 5nm ) 時(shí), 由于由多疇變成單疇,顯示出極強(qiáng)的順磁效應(yīng)。

4、研究表明顆粒為6nm 的納米鐵晶體的斷裂強(qiáng)度較之多晶鐵提高12倍; 納米磁性金屬的磁化率是普通金屬的20倍, 而飽和磁矩是普通金屬的1? 2。軟磁性能達(dá)到高磁導(dǎo)率、高磁感應(yīng)強(qiáng)度和低矯頑力, 而硬磁性能則達(dá)到最大磁能積、剩磁、矯頑力三者并高, 其中最大磁能積更是翻了數(shù)倍。納米磁器、磁頭等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。因此研究和開(kāi)發(fā)新型納米磁性材料已引起 了世界各國(guó)的廣泛興趣。 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及評(píng)述 納米磁性材料的制備主要分為磁流體的制備、納米磁性微粒的制備、納米磁性微晶的制備以及納米磁性復(fù)合材料的制備。 1磁流體的制備方法 磁性流體，簡(jiǎn)稱(chēng)磁流體，是指吸附有表面活性劑的磁性微粒在基液中高度彌散分布而形成的穩(wěn)

5、定膠體體系。它由三部分組成:磁性粒子、基液和表面活性劑 2 。其中鐵磁性顆粒一般選取Fe3O4 、鐵、鈷、鎳等磁性好的超細(xì)顆粒。正是由于鐵磁性顆粒分散在載液中, 因而磁流體呈現(xiàn)磁性。最常用的穩(wěn)定劑有油酸、丁二酸、氟醚酸,能夠防止磁性顆粒相互聚集,即使在重力、電、磁等力作用下磁流體亦能長(zhǎng)期穩(wěn)定存在,不產(chǎn)生沉淀。載液種類(lèi)很多,可以是水、煤油和汞等3 。磁性流體既有流體的流動(dòng)性又有固體磁性材料的磁性，由于交叉特性，所以這種磁流體材料應(yīng)滿(mǎn)足高的飽和磁化強(qiáng)度的性能，在使用溫度下長(zhǎng)期穩(wěn)定，在重力和電磁力作用下不沉淀，有好的流動(dòng)性4。近年來(lái)，國(guó)外對(duì)磁流體及其應(yīng)用的研究開(kāi)發(fā)仍在深入，各種新型的磁流體也層出不窮

6、。在日本，通過(guò)一定的方法把磁流體與染料溶液混合研制成彩色的磁流體，其顏色有紅、黃、藍(lán)等5。磁流體有著多方面的應(yīng)用，如用作潤(rùn)滑劑。進(jìn)行大型設(shè)備和高精度高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸承潤(rùn)滑、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器軸、機(jī)器人和精密儀器關(guān)節(jié)的潤(rùn)滑等，大大提高了設(shè)備和部件的使用壽命6。此外，磁流體還可以應(yīng)用于儀器儀表中的阻尼器、無(wú)聲快速的磁印刷、醫(yī)療中的造影劑等等。 磁流體的制備方法有物理法和化學(xué)法。物理法又可分為研磨法、超聲波法、機(jī)械合成法、等離子法等；化學(xué)法又可分為氣相沉積法、水熱合成法、溶膠凝膠法、熱分解法及化學(xué)沉降法等。各種方法各具優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)不同的需求選擇不同的制備方法。 1.1物理法 研磨法一般是在表面活性劑存

7、在下，研磨幾周制得。姜繼森等7將粉碎的磁性微粒和表面活性劑添加到載液中，在球磨機(jī)中經(jīng)過(guò)左右球磨，再在高速離心機(jī)中處理幾十分鐘才得到。該法工藝簡(jiǎn)單，但周期長(zhǎng)、材料利用率低，球磨罐及球的磨損嚴(yán)重、雜質(zhì)較多、成本昂貴，還不能得到高濃度的磁流體，因而實(shí)用性差。超聲波法可以制得粒徑分布均勻的磁流體。蒸發(fā)冷凝法是在旋轉(zhuǎn)的真空滾筒的底部放入含有表面活性劑的基液，隨著滾筒的旋轉(zhuǎn)，在其內(nèi)表面上形成液體膜。金屬顆粒在表面活性劑的作用下分散于基液中，制得穩(wěn)定的金屬磁性液體。該方法制備的金屬磁性液體材料具有磁性粒子粒度分布均勻、分散性好的特點(diǎn)，但所需設(shè)備復(fù)雜且需要抽真空。 1.2化學(xué)法 化學(xué)沉淀法是用和鹽在堿性條件下

8、混合攪拌得到超順磁性晶體沉淀的方法。其它的二價(jià)過(guò)渡金屬如、 、也可以代替用于磁流體的制備?；瘜W(xué)沉淀法是最經(jīng)濟(jì)的制備納米磁流體的方法。用該方法能夠制成穩(wěn)定的基磁性液體，在磁場(chǎng)、電場(chǎng)中長(zhǎng)期放置或高速離心觀測(cè)不到分層或沉淀現(xiàn)象。熱分解法是在載液中加入表面活性劑和金屬羰基化合物進(jìn)行回流，羰基化合物便分解生成磁性超微金屬粒子，吸附表面活性劑后分散到載液里形成金屬磁流體。該法產(chǎn)生的氣體有毒性，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。 2磁性納米微粒的制備方法 磁性微粒的制備方法主要有分散法和單體聚合法, 另外還有沉淀法、化學(xué)轉(zhuǎn)化法等。利用納米磁性微粒構(gòu)成海綿狀體和輕燒結(jié)體可制成多種用途的器件,廣泛用于各種過(guò)濾器

9、、活性電極材料,如備受關(guān)注的汽車(chē)尾氣凈化器。分散法8 - 10 制備的磁性微粒、磁流體與高分子間通過(guò)范德華力、氫鍵和螯合作用以及功能基間的共價(jià)鍵結(jié)合,得到的微粒粒徑分布寬、粒徑不易控制、殼層中難免混有雜質(zhì)。單體聚合法15 得到的載體粒徑較大,固載量小,但作為固定化酶的載體, 有利于 保持酶的活性, 而且磁性也較強(qiáng),且該法簡(jiǎn)便、快速,微粒同時(shí)還具有熱敏性。張津輝11在磁流體表面包披一層有機(jī)聚合物，用輻射引發(fā)丙烯肽胺和甲叉雙烯肽胺的聚合反應(yīng)，制得具有良好的理化性能、穩(wěn)定性好的磁性微粒。放置個(gè)月未發(fā)生凝聚，理化性質(zhì)無(wú)明顯變化。此外，劉學(xué)涌等 覆的磁性微粒球，合成了微球。 12報(bào)道了熱敏性高分子包 3

10、納米磁性微晶的制備方法 目前，磁性納米微晶的制備方法可分為物理方法和化學(xué)方法兩類(lèi)，從實(shí)用化角度來(lái)講，以非晶晶化法和機(jī)械合金化法為主，其發(fā)展趨勢(shì)是發(fā)展直接晶化納米晶制備技術(shù)13。 非晶晶化法是近年來(lái)發(fā)展極為迅速的一種制備磁性納米微晶的新工藝，它是通過(guò)控制非晶態(tài)固體的晶化動(dòng)力學(xué)過(guò)程，使晶化的產(chǎn)物為納米尺寸的晶粒。在著名的牌號(hào)為的納米微晶軟磁材料問(wèn)世后，、等系列的納米微晶軟磁材料如雨后春筍破土而出。磁性納米微晶材料目前沿著高頻、多功能方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈榧败洿挪牧蠎?yīng)用的各個(gè)方面，如功率變壓器、脈沖變壓器、高頻變壓器等等。利用該方法也可制備出金屬間化合物和單質(zhì)半導(dǎo)體納米晶體，并已發(fā)展到實(shí)用階段。

11、機(jī)械合金化法（）也是制備磁性納米材料的重要方法之一，該方法的優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制合金成分，使一些用熔煉法不能形成合金的元素合金化，將合金的提煉和粉末生產(chǎn)集于一體，大大降低制備磁性納米材料的成本。目前，采用技術(shù)制備出、等磁性納米微晶材料。 深度塑形變形法制備納米晶體: 該方法是材料在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的作用下發(fā)生嚴(yán)重塑性變形, 從而將材料的晶粒尺寸細(xì)化到亞微米或納米量級(jí)。 4 納米磁性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法 磁性復(fù)合材料是在傳統(tǒng)的磁性材料基礎(chǔ)上添加各種不同的功能因子,既保持了磁性材料的磁學(xué)性能又帶來(lái)了許多新的效應(yīng),如巨磁阻效應(yīng)、巨霍爾效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)等。由于復(fù)合材料的種類(lèi)繁多,因此其制備方法也不盡相同。目

12、前比 較常用的制備方法主要有溶膠- 凝膠法、化學(xué)共沉淀法、磁控濺射法、激光脈沖沉積法、分子束外延(MBE)法和模板法等。 溶膠- 凝膠法14 是近期發(fā)展起來(lái)的能代替高溫固相合成反應(yīng)陶瓷、玻璃和固體材料的一種方法。這種方法是將易于水解的金屬化合物(金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽)在溶劑中與水發(fā)生反應(yīng),經(jīng)水解與縮聚過(guò)程兒逐漸凝膠化,在干燥燒結(jié)等處理后得到氧化物或其它化合物的晶形薄膜。Sarah 15 等用溶膠- 凝膠法制備了多晶鐵氧體。粉體混合后制備成復(fù)合材料,材料的磁性隨BaTiO3含量的增加而減弱,但磁飽和強(qiáng)度反而增加。修向前等用溶膠一凝膠法制備了Fe薄膜,在室溫下有鐵磁性,矯頑力為240A /m,居里溫度

13、高于室溫,有希望應(yīng)用于電子器件中。該方法具有一系列的優(yōu)點(diǎn):形成溶膠的過(guò)程中,原料很容易達(dá)到分子級(jí)均勻,易于進(jìn)行微量元素的摻雜;能?chē)?yán)格控制化學(xué)計(jì)量比,工藝簡(jiǎn)單,在低溫下即可實(shí)現(xiàn)反應(yīng);所得產(chǎn)物粒徑小,分布均勻,很容易在不同形狀和材質(zhì)的基底上制備大面積薄膜。用料較省,成本較低。但同時(shí)也存在一些問(wèn)題,例如反應(yīng)過(guò)程較長(zhǎng),干燥時(shí)凝膠容易開(kāi)裂,顆粒燒結(jié)時(shí)團(tuán)聚傾向嚴(yán)重,工藝參數(shù)受環(huán)境因素影響較大等。 化學(xué)共沉淀法是在原材料中添加適當(dāng)?shù)某恋韯?使原料中的陽(yáng)離子形成各種形式的沉淀物(其顆粒大小和形狀由反應(yīng)條件控制) ,然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到所需要的顆粒,有時(shí)還需要加熱分解等工藝。而在沉淀的過(guò)程中,溫度、PH值

14、、表面活性劑、添加劑、溶劑都是影響沉淀的性質(zhì)和組成的重要因素。有時(shí)為了避免合成納米顆粒的組分偏析,還需要加入緩釋劑來(lái)控制沉淀生成的速度,從而避免濃度不均勻而獲得凝聚少、純度高的納米顆粒。Blaskov 16 將Fe和Co共沉淀,低溫煅燒后得到5nm左右的復(fù)合顆粒。該顆粒的矯頑力和磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)低于塊體CoFeO4?；瘜W(xué)共沉淀法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、污染小、經(jīng)濟(jì)可行、產(chǎn)品純度高,在水溶液中容易控制產(chǎn)物的組分,反應(yīng)溫度低,顆粒均勻,粒徑細(xì)小,分散性也好,表面活性高,性能穩(wěn)定和重現(xiàn)性好。但對(duì)于多組分氧化物來(lái)說(shuō),要求各組分具有相同或相近的水解或沉淀?xiàng)l件,特別是各組分之間沉淀速度不一致時(shí),溶液均勻性可能會(huì)遭

15、到破壞,此外還容易引入雜質(zhì),有時(shí)形成的沉淀成膠體狀,難以洗滌和過(guò)濾,因而此工藝具有一定的局限性。 磁控濺射法是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種高速濺射技術(shù),是利用直流或高頻電場(chǎng)使惰性氣體發(fā)生電離,電離產(chǎn)生的正離子和電子高速轟擊靶材表面,使靶 材的原子或分子從表面射出,這些濺射出來(lái)的原子帶有一定的動(dòng)能和方向性,沉積到基片上形成薄膜。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以濺射多組分的材料,濺射速度很高,且與基片粘附性很好,可以得到均勻分布的薄膜,且厚度易控制。但是靶材的利用率低,不易于制成大面積薄膜,費(fèi)用較高。 脈沖激光沉積法是近年來(lái)新出現(xiàn)的沉積技術(shù),其原理是通過(guò)高強(qiáng)度、短脈沖的激光束照射到處于真空狀態(tài)的固體靶材上,

16、使靶材表面產(chǎn)生高溫及溶蝕,將其離解成等離子體,然后等離子體再沉積到基地上形成薄膜。Wakano 17 等用這種方法制備了Ni/ZnO半導(dǎo)體磁性納米顆粒膜。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是易于控制多成分配方,氣體可以參與反應(yīng),粒子的動(dòng)能比較大,活性高易于有效形成復(fù)雜的氧化膜,成膜溫度低,適合難熔材料的制備,適用范圍廣,設(shè)備簡(jiǎn)單,效率高。 5應(yīng)用 5.1生物醫(yī)學(xué)工程應(yīng)用 5.1.1磁性分離和純化 磁性納米粒子由于具有粒徑小、比表面積大、表面有許多懸空鍵等特點(diǎn)，可以很容易進(jìn)行表面修飾，將多種反應(yīng)性功能基（如羧基、氨基、巰基、生物素、單克隆抗體等）通過(guò)共聚、表面改性賦予其表面，使其具有一些特殊的性質(zhì)。磁性分離技術(shù)是利

17、用生物素與親和素系統(tǒng)、免疫親和系統(tǒng)、化學(xué)共價(jià)結(jié)合等的特異性反應(yīng)，在外加磁場(chǎng)的定向控制下，磁性粒子通過(guò)親和吸附、清洗、解吸等操作，可以從復(fù)雜的生物體系中分離到目標(biāo)生物分子（如蛋白、核酸等），具有磁性分離方便、親和吸附的特異性及敏感性高等眾多優(yōu)點(diǎn)。 5.1.2磁共振成像對(duì)比劑 磁共振成像（MRI）技術(shù)是利用生物體內(nèi)不同組織在外加磁場(chǎng)下產(chǎn)生不同的磁共振信號(hào)來(lái)成像，磁共振信號(hào)的強(qiáng)弱取決于組織內(nèi)水分子中質(zhì)子的弛豫時(shí)間，成分中的一些未成對(duì)電子自旋產(chǎn)生的局部磁場(chǎng)能夠縮短或增加臨近水分子質(zhì)子的弛豫時(shí)間，從而增大臨近區(qū)域的磁共振信號(hào)強(qiáng)度，提高成像的對(duì)比度。例如， 超順磁性氧化鐵粒子主要應(yīng)用于分子和細(xì)胞成像。當(dāng)超

18、順磁性氧化鐵納米顆粒通過(guò)靜脈注射入人體后，與血漿蛋白相結(jié)合，并在調(diào)理素作用下被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)所識(shí)別，吞噬細(xì)胞就會(huì)把超順磁性氧化鐵納米顆粒作為異物而攝取，從而使超順磁性氧化鐵沉積在網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞豐富的組織和器官中。因此，超順磁性氧化鐵是一種網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的對(duì)比劑，可用于肝、脾、淋巴結(jié)、骨髓等富含網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞的組織和器官的MRI增強(qiáng)。若是對(duì)納米顆粒表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎椇吞禺愋苑肿拥呐悸?lián)則可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的靶向。 5.1.3磁性藥物靶向載體 化療是目前治療惡性腫瘤的主要手段之一，近些年來(lái)，隨著新藥的不斷涌現(xiàn)，腫瘤化療取得了一定的進(jìn)展。目前，治療腫瘤的化療藥物一般是采用常規(guī)的注射途徑，該方法會(huì)使這些藥物均勻分地

19、布在全身循環(huán)中，而它們?cè)诘竭_(dá)惡性腫瘤之前，要經(jīng)過(guò)蛋白結(jié)合、代謝、排泄等步驟，致使血液中的藥物濃度迅速降低，最終只有少量藥物到達(dá)惡性腫瘤部位，要提高惡性腫瘤內(nèi)的化療藥物濃度，就必須提高全身循環(huán)系統(tǒng)的藥物濃度，也就必須加大藥物劑量。因此，這種沒(méi)有特異性的給藥方式降低了藥物的生物利用度且同時(shí)會(huì)對(duì)全身產(chǎn)生毒副作用，造成患者不能耐受其嚴(yán)重的毒副作用而終止臨床治療。磁性藥物載體是磁性粒子和高分子耦合劑組成的，由于在外加磁場(chǎng)下具有磁導(dǎo)向性，藥物將集中于靶部位，能夠增加對(duì)靶部位的治療效果，同時(shí)減弱對(duì)全身的毒副作用。 5.1.4腫瘤磁致熱療 將瘤區(qū)加熱到41 46以上治療惡性腫瘤的方法稱(chēng)為熱療，熱療是腫瘤治療學(xué)

20、中一種重要的治療手段。41 46的高溫可影響生物膜功能和狀態(tài)，激活溶酶體活性，抑制脫氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）及蛋白質(zhì)合成，增加熱休克蛋白合成，從而達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的作用。而與腫瘤組織比較，正常組織血液循環(huán)良好，散熱快，所以不會(huì)受到影響。腫瘤組織與正常組織這一熱生物學(xué)上的差異，使腫瘤熱療的臨床應(yīng)用成為可能。 傳統(tǒng)的熱療系統(tǒng)由于藥物分布的全身性，在對(duì)腫瘤組織進(jìn)行加熱的同時(shí)往往 會(huì)損傷周?chē)恼＝M織，磁性納米粒子的出現(xiàn)，為解決熱療的這一問(wèn)題提供了新途徑，即磁致熱療。首先，磁性納米粒子通過(guò)注射等方式進(jìn)入血循環(huán)內(nèi)，然后在體外恒定磁場(chǎng)下導(dǎo)向到腫瘤組織，最后，使用交變磁場(chǎng)使磁性納米粒子發(fā)生磁

21、滯損耗而產(chǎn)生熱量，使溫度升高到41以上而殺死周?chē)[瘤細(xì)胞。磁性納米粒子的引入，改善了傳統(tǒng)熱療的靶向定位問(wèn)題，提高了熱療效率，使腫瘤熱療走向臨床應(yīng)用成為可能。磁致熱療繼承了傳統(tǒng)熱療微創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有靶向效應(yīng)好的特點(diǎn)，已成為惡性腫瘤治療的關(guān)注焦點(diǎn)之一 5.1.5磁性轉(zhuǎn)染 磁性轉(zhuǎn)染是利用磁性納米粒子作為載體，將DNA負(fù)載到磁性納米粒子上，然后在外界磁場(chǎng)影響下轉(zhuǎn)染到細(xì)胞內(nèi)的方法。與病毒或其它非病毒載體相比，由于磁性納米粒子被修飾后帶有易于和帶負(fù)電荷的DNA結(jié)合的正電荷，轉(zhuǎn)染效率提高幾十到幾千倍。 5.1.6組織修復(fù) 磁力組織工程采用磁性陽(yáng)離子脂質(zhì)體納米粒子（MCLs）標(biāo)記細(xì)胞，利用磁力集聚促進(jìn)細(xì)胞

22、分層，形成多層片層三維組織結(jié)構(gòu)。這一方法目前已應(yīng)用于人間充質(zhì)干細(xì)胞和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，用于生成相關(guān)組織結(jié)構(gòu)。 5.1.7磁性納米顆粒的多功能化和應(yīng)用 隨著對(duì)磁性納米材料研究的深入，人們已經(jīng)不滿(mǎn)足于單一功能顆粒的應(yīng)用，從而逐漸構(gòu)建了多功能的磁性納米顆粒。同時(shí)在磁性納米顆粒表面連接多種功能性分子，如抗體、藥物分子、報(bào)告基因等，就構(gòu)成了多功能磁性納米顆粒。當(dāng)這種多功能磁性納米顆粒靶向到腫瘤部位后，顆粒就可以對(duì)腫瘤進(jìn)行診斷和治療（藥物治療和磁致熱療）。 5.2工業(yè)技術(shù)應(yīng)用 5.2.1在磁記錄方面的應(yīng)用 在20世紀(jì)計(jì)算機(jī)剛被發(fā)明的時(shí)候，利用的存儲(chǔ)設(shè)備是磁帶。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)（磁性材

23、料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象），并成功地應(yīng)用這一原理，開(kāi)發(fā)出容量各異的硬盤(pán)。硬盤(pán)是利用磁顆粒的磁性來(lái)記錄數(shù)據(jù)，硬盤(pán)的盤(pán)片數(shù)量和盤(pán)片大小都已標(biāo)準(zhǔn)化，由于物理尺寸限制，若要提升硬盤(pán)的容量，就必須提高磁區(qū)的存儲(chǔ)密度。隨著納米加工技術(shù)的進(jìn)步，用于存儲(chǔ)的磁顆粒也是越來(lái)越小，目前，采用三維立體存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)容量為3TB的商業(yè)化存儲(chǔ)。 5.2.2在納米永磁材料方面的應(yīng)用 在一定條件下，磁性納米材料可得到單磁疇結(jié)構(gòu)，這是它的特點(diǎn)之一，性能比普通永磁材料更優(yōu)越，其永磁性能可以隨合金的組元、含量和制造工藝等不同而有顯著的變化。目前,研究較多的主要有鐵鈷釩系、釹鐵硼系和鐵鉻鈷

24、系，這些合金摻雜少量其他元素如鈦、銅、鈷、鎢等還可進(jìn)一步改善其永磁性或加工性。在此基礎(chǔ)上，以稀土永磁材料制成的電機(jī)高效節(jié)能，符合節(jié)能減排的要求。 5.2.3在納米吸波材料領(lǐng)域的應(yīng)用 隨著雷達(dá)、微波通信、電子對(duì)抗等軍用、民用科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)微波吸收材料提出了更高的要求，雖然有很多材料都具備吸波性能，但是要滿(mǎn)足廣譜吸收的要求，還要數(shù)磁性納米吸波材料。納米鐵氧體具有復(fù)介質(zhì)吸收特性，是微波吸收材料中較好的一種。將類(lèi)似鐵氧體的納米磁性材料放入涂料中，能夠使涂料既有優(yōu)良的吸波特性，又有良好的吸收和耗散紅外線(xiàn)性能。 5.2.4用作氣敏傳感器 根據(jù)納米粒子的表面效應(yīng)（當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，粒子表面或界面上的

25、離 子價(jià)態(tài)和電子亦發(fā)生變化的特點(diǎn)），適當(dāng)摻雜重金屬可使磁性納米材料的電導(dǎo)和靈敏度得以顯著提高。因此，可將納米氧化鐵制成靈敏的傳感器，用于氫氣、乙醇、一氧化碳及其他有毒氣體的檢測(cè)。 5.3環(huán)境治理應(yīng)用 5.3.1水處理 磁性納米材料由于比表面大的特點(diǎn)，對(duì)六價(jià)鉻具有較好的吸附作用，可以在較寬酸度范圍吸附大量的六價(jià)鉻，并且吸附效率高，吸附時(shí)間短，材料可以重復(fù)使用，對(duì)于處理環(huán)境污水中的六價(jià)鉻具有一定的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，磁性納米材料對(duì)水中的砷也具有很好的吸附能力，而且砷一旦被吸附就很難分離。在試驗(yàn)中，水中懸浮著的納米磁性材料在磁場(chǎng)作用下都被移出了溶液，只剩下凈化水，可以使飲用水中砷污染物含量降低到美國(guó)環(huán)保

26、署要求的水平。 5.3.2吸附脫硫 吸附脫硫由于可在常溫常壓條件下操作，并對(duì)有機(jī)硫有較高的吸附選擇性，在深度脫硫方面顯示出特有的優(yōu)勢(shì)，是目前燃油脫硫采用的主要技術(shù)之一，但缺點(diǎn)是吸附劑很難從燃油中分離出來(lái)。而磁性納米材料在分離中的主要用途之一是吸附脫硫，磁載體技術(shù)可以克服目前常用一些脫硫技術(shù)(如離子交換、沉淀、吸附、離子浮選、反相滲透技術(shù))的局限性，顯示出巨大的應(yīng)用前景，引起了人們的極大興趣。在實(shí)際應(yīng)用中，一方面可以利用核磁響應(yīng)的特性，使得材料綜合各單一組分材料的優(yōu)異性能，又可以利用分子篩的吸附和較易改性特性，使得吸附劑很容易被富集，進(jìn)而從燃油中分離出來(lái)。 5.4其他應(yīng)用 5.4.1用作透明顏料

27、 由于納米氧化鐵具有明顯的小尺寸效應(yīng)，可以導(dǎo)致光的繞射，從外觀上看是 透明的，當(dāng)其分散在透明介質(zhì)中制成連續(xù)的薄膜時(shí)具有透明的著色效果，所以又稱(chēng)之為透明氧化鐵。納米氧化鐵具有很好的耐溫、耐候、耐酸堿以及高彩度、高著色力、高透明度和強(qiáng)烈吸收紫外線(xiàn)等卓越性能，是傳統(tǒng)氧化鐵顏料無(wú)法比擬的，這使得透明氧化鐵在高檔汽車(chē)面漆、建筑涂料、防腐涂料等粉末涂料及塑料、尼龍、橡膠、油墨等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。 5.4.2用作催化劑 納米粒子制成催化劑的活性、選擇性都高于普通催化劑，還具有壽命長(zhǎng)、易操作等特點(diǎn)。目前，磁性納米催化劑主要應(yīng)用于固體酸催化、固體堿催化、Heck催化、光催化、催化氧化等領(lǐng)域。 6評(píng)述

28、雖然，最近這些年的發(fā)展以及國(guó)家投入使得磁性材料的制備技術(shù)有了很大的跨越式的發(fā)展，取得了很大的成就。但從今后納米磁材料的發(fā)展及大批量推廣應(yīng)用來(lái)看,尚需開(kāi)展如下工作: （1）加強(qiáng)基礎(chǔ)研究,為新型納米磁性材料及其制備技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。近期主要研究的方向包括:合金成分及熔體預(yù)處理(如凈化,外場(chǎng)處理等) 對(duì)納米磁性合金熔體熱力學(xué)狀態(tài)及凝固動(dòng)力學(xué)實(shí)質(zhì)的影響;納米磁性材料的磁化機(jī)理;納米磁性材料的納米化機(jī)制研究;合金成分、凝固組織及后續(xù)處理工藝對(duì)納米磁性材料磁性能的影響等。 （2）積極研究和發(fā)展工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)量大、適用范圍寬、能獲得樣品界面清潔、無(wú)微空隙的大尺寸納米磁性材料制備技術(shù)。近期應(yīng)將深過(guò)冷、大塑性變

29、形等與其它晶粒細(xì)化工藝相復(fù)合的制備方法作為研究重點(diǎn),并積極發(fā)展納米材料的連續(xù)制備及直接成形技術(shù)。 （3）系統(tǒng)研究目前已開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異磁性能的納米磁性材料的最佳制備工藝路線(xiàn)及其磁性能,為納米磁性材料的推廣使用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。 （4）做好納米磁性材料的宣傳、教育工作,為納米磁性材料的推廣應(yīng)用創(chuàng)造良好的社會(huì)環(huán)境。 結(jié)論 納米技術(shù)作為跨世紀(jì)的新學(xué)科,它已成為科學(xué)界和工程技術(shù)界備加關(guān)注的熱點(diǎn),將成為本世紀(jì)信息時(shí)代的核心。美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了發(fā)展納米技術(shù)的國(guó)家規(guī)劃,并作為自然科學(xué)基金優(yōu)先支持的項(xiàng)目。而我國(guó)在納米技術(shù)領(lǐng)域的起步也不晚,納米技術(shù)被認(rèn)為是我國(guó)在本世紀(jì)趕超和占領(lǐng)國(guó)際一席之地的一個(gè)重要高技術(shù)領(lǐng)域。國(guó)家科委、國(guó)家自然科學(xué)基金委和國(guó)防科工委都積極組織推進(jìn)這一重大新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。納米科技的發(fā)展給傳統(tǒng)磁性產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了跨越式發(fā)展的重大機(jī)遇和挑戰(zhàn),納米級(jí)磁性材料的開(kāi)發(fā)和研究是磁性材料發(fā)展的一個(gè)必然方向,但同時(shí)也應(yīng)重視用納米技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行納米改性方面的研究,以全面提高企業(yè)的技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)能力,在世界民族之林樹(shù)立中華民族的大旗。 參考文獻(xiàn) 1D. Craik. Magnetism: Principles and ApplicationsM. NewYork :