磁性納米材料的研究進展

磁性納米材料的研究進展Progress of magnetic nanoparticles李恒謙 賈雪珂 李艷 周康佳（合肥工業(yè)大學，安徽 宣城）（Hefei University of Technology, Xuancheng, Anhui, China)摘要：納米技術是近年來發(fā)展起來的一個覆蓋面極廣、多學科交叉的科學領域。而磁性納米材料因其優(yōu)異的磁學性能，也逐漸發(fā)揮出越來越大的作用。隨著科學工作者在制備、應用領域的拓展逐漸深入，也使得納米材料的外形、尺寸的控制日趨完善。因此，磁性納米材料在機械、電子、化學和生物學等領域有著廣泛的應用前景。文章綜述磁性納米材料的制備方法、性能及其近年來在不同領域的應用狀況。關鍵詞：磁性；納米；制備；性能；應用Abstract: Nanotechnology is developed in recent years as a kind of science with wide coverage and multidisciplinary. Magnetic nanoparticles also play an increasing role due to its excellent magnetic propertiesAs scientists research take them deeper along the aspects of synthesis and applicationthe control of shape and dimensions of magnetic nanoparticles has become more matureTherefore, magnetic nanoparticles have wide application propects in machinery, electronics, chemistry, biology, etc. In this paper，the synthesis method is discussed, the character is mentioned and the application of magnetic nanoparticles is summarizedKeywords：magnetic；nanoparticles；synthesis；character; application1.引言磁性納米材料的特性不同于常規(guī)的磁性材料，其原因是關聯(lián)于與磁相關的特征物理長度恰好處于納米量級，例如：磁單疇尺寸，超順磁性臨界尺寸，交換作用長度，以及電子平均自由路程等大致處于1-100nm量級，當磁性體的尺寸與這些特征物理長度相當時，就會呈現(xiàn)反常的磁學性質。納米表征技術是高新材料基礎理論研究與實際應用交叉融合的技術。對我國高新材料產業(yè)的發(fā)展有著重要的推動作用，其在全國更廣泛的推廣應用，能加速我國高新材料研究的進程，為我國高新技術產業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻。在納米表征技術下，磁性納米材料的應用日顯勃勃生機。例如磁性材料與信息化、自動化、機電一體化、國防，國民經濟的方方面面緊密相關，磁記錄材料至今仍是信息工業(yè)的主體。磁性納米材料的應用可謂涉及到各個領域。在機械，電子，光學，磁學 ，化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生將對人類社會產生深遠的影響。并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題。特別是能源，人類健康和環(huán)境保護等重大問題。下一世紀初的主要任務是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學特性設計出順應世紀的各種新型的材料和器件，通過納米材料科學技術對傳統(tǒng)產品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結構的新型產品。已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成下一世紀經濟新增長點的基礎。磁性納米材料將成為納米材料科學領域一個大放異彩的明星，在新材料，能源，信息，生物醫(yī)學等各個領域發(fā)揮舉足輕重的作用。2.制備在人們所熟知的大量磁性材料中，由于不能同時滿足高飽和磁化強度和穩(wěn)定性高的要求，飽和磁化強度高但穩(wěn)定性低的材料應用在一定程度上受到了限制。目前可選作磁性微粒的僅有少數(shù)幾種，主要為金屬氧化物，如三氧化二鐵（Fe2O3）、MFe2O4(M為Co，Mn，Ni)、四氧化三鐵（Fe3O4），二元和三元合金，如金屬鐵、鈷、鎳及其鐵鈷合金、鎳鐵合金，以及釹鐵硼(NdFeB)、鑭鈷合金（LaCo）合金等，它們的穩(wěn)定性(即抗氧化能力)依次遞減，但飽和磁化強度卻按上述次序遞增。納米科技的發(fā)展，使這些磁性材料的應用成為可能，目前，磁性材料納米化已成為材料科學的一個發(fā)展趨勢。磁性納米粒子在各個領域的潛在應用，引起了廣大研究者對其制備方法的研究1。其制備方法可分為生物法、物理法和化學法。生物法 磁性納米粒子廣泛地存在于各種生物體如趨磁細菌、螞蟻、蜜蜂、鴿子和鮭魚體內。通過適當?shù)姆蛛x方法可獲得化學純度高、粒度均一、外形各異的磁性納米粒子。但該方法的缺點是粒子提取過程較為復雜，且所得粒子的粒徑可控范圍可比較受限制2。物理法研磨法一般是在表面活性劑存在下，研磨幾周制得。姜繼森等將粉碎的磁性微粒Fe3O4和表面活性劑添加到載液中，在球磨機中經過1000h左右球磨，再在高速離心機中處理幾十分鐘才得到。該法工藝簡單，但周期長、材料利用率低，球磨罐及球的磨損嚴重、雜質較多、成本昂貴，還不能得到高濃度的磁流體，因而實用性差。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，在其內表面上形成液體膜。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，但所需設備復雜且需要抽真空3。化學法 在過去幾十年里，許多研究者致力于通過化學法合成磁性納米粒子，并取得了許多令人矚目的成就。特別是近幾年，許多文獻報道了通過精巧的化學實驗設計獲得尺寸可控、高穩(wěn)定性和單分散的磁性納米粒子?；瘜W法包括沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱和高溫分解法、微乳液法以及其他化學方法。（1）. 沉淀法沉淀法包括共沉淀法、均勻沉淀法和直接沉淀法，共沉淀法適合制備氧化物，是在混合的金屬鹽溶液中添加沉淀劑，即得到組分均勻的溶液，再進行熱分解，特點是簡單易行，但產物純度低、粒徑大；直接沉淀法是使溶液中的金屬陽離子直接與沉淀劑發(fā)生化學反應而形成沉淀物；均勻沉淀法是在金屬鹽溶液中加入沉淀劑溶液時不斷攪拌，使沉淀劑在溶液中緩慢生成，消除了沉淀劑的不均勻性。下面介紹共沉淀法。由于共沉淀法具有實驗操作簡便、反應條件溫和等特性，現(xiàn)已成為制備磁性納米粒子的經典方法之一。其原理是在室溫或加熱條件下，向惰性氣體保護的Fe2+Fe3+鹽溶液中加入堿，獲得磁性氧化鐵(Fe304或-Fe203)納米粒子，主要反應如下：Fe2+2Fe3+80H-Fe304+4H20 (11)Fe304+2H+-Fe203+Fe2+H20 (12)共沉淀法制備Fe304納米粒子主要有兩種方式：(1)以Fe(II)鹽為水解反應原料，采用各種氧化劑在鐵鹽水解的同時，將其部分氧化成Fe(III)，得到磁性Fe304納米粒子；(2)在堿性條件下共沉淀一定比例的Fe(II)和Fe(III)鹽混合物。在共沉淀過程中，主要包括兩個階段：當物質濃度達到臨界過飽和濃度時出現(xiàn)短的爆炸性成核過程，然后經由溶液擴散到晶體表面出現(xiàn)核生長過程。為能獲得單分散的氧化鐵納米粒子，這兩個階段必須分離，也就是在生長過程中應避免成核。磁性納米粒子的尺寸、形狀和組成強烈依靠所用鹽的類型(如高氯酸鹽、鹽酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等)、Fe2+/ Fe3+摩爾比、介質的pH值和離子強度。因此可通過控制介質的pH、離子強度、溫度、鹽的類型或Fe(II)Fe(III)的濃度比，來控制納米粒子的尺寸和形狀，由此可獲尺寸小到2nm的磁性粒子。（2）. 溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法是近年來發(fā)展起來的一種濕法合成金屬氧化物納米材料方法，其原理是基于前體分子在溶液中發(fā)生水解和縮合反應，形成納米尺度“溶膠”，隨后進一步發(fā)生縮聚反應獲得一個三維金屬氧化物網狀結構濕的凝膠，然后再在較低的溫度下燒結成所要合成的材料。其中對水解、縮合反應產生影響進而影響凝膠的結構和性能的主要參數(shù)包括：溶劑、溫度、所用前體鹽的性質和濃度、pH和攪拌速度。文獻報道通過在400oC下直接加熱處理凝膠制備尺寸為6-15nm的-Fe203納米粒子。溶膠-凝膠法主要有幾個優(yōu)點，如(1)通過實驗條件的選擇可獲得預想結構的材料；(2)可獲得純的無定形相單分散性好和尺寸可控的粒子：(3)產物的微結構和均一性可得到很好控制；(4)通過溶膠-凝膠基體可實現(xiàn)保持被包埋分子好的性能和穩(wěn)定性2。（3）. 水熱和高溫分解法水熱法是指在一定溫度和壓力下，使物質在溶液中進行反應的一種制備方法，所得產物純度高，分散性好，粒度易于控制，近年來發(fā)展迅速。Cheng等以乙二醇為還原劑，乙酸鈉為靜電穩(wěn)定劑，用水熱法還原FeCl3可得到Fe304。微球。Qi等用十二烷基硫酸鎳作為前體物和表面活性劑，與FeCl3和NaOH溶液在120水熱合成NiFe204納米微粒，其s(比飽和磁化強度)達到304 emug。然而在研究水熱法制備納米粒子的過程中發(fā)現(xiàn)，通常的加熱方式由于使反應溶液中存在嚴重的溫度不均勻，使液體不同區(qū)域產物“成核”時間不同，從而使先前成核微晶聚集長大，難以保證反應產物顆粒的集中分布4。高溫分解法是通過在高沸點有機溶劑中加熱分解有機金屬化合物來制備納米粒子的一種方法。通過控制反應時間和溫度、反應物的濃度和比例、溶劑性質等可控制納米粒子的尺寸和形態(tài)。表面活性劑吸附到納米粒子表面可起到穩(wěn)定膠體溶液。例如，Sun等報道以乙酰丙酮鐵鹽為鐵原料，油酸和油胺為穩(wěn)定劑，l，2-十六二醇為還原劑，在高沸點溶劑二苯醚中成功合成了單分散的磁性納米粒子。這些粒子直徑可在4-20nm范圍進行精確調控，通過加入雙極性表面活性劑可使疏水性粒子轉化成親水性粒子2。（4）. 微乳液法微乳液是兩種互不相溶的液體通過表面活性劑分子作用形成動力學和熱力學穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明的分散體系，該體系一般由有機溶劑、水溶液、表面活性劑和助表面活性劑四部分組成。微乳液可分為水分散在油中(WO)和油分散在水中(OW)兩種體系。例如，用WO反相微乳液來制備納米粒子時，一個表面活性劑分子單層包圍的水溶液相形成一個個微液滴(典型的尺寸為1-50nm)分散在連續(xù)的有機相中，把在微液滴中分別包有反應物A和B的相同組成的微乳液混合，微液滴間不斷地相互碰撞、融合、破裂。在碰撞融合的過程中微液滴間將發(fā)生物質交換和核聚集。這樣在一個微液滴中就會包有反應物A和B，從而發(fā)生化學反應獲得納米粒子。通過微液滴限制粒子成核和增長，合成具有尺寸分布窄，具有均一的物理性能的超順磁性納米粒子，由此可避免由共沉淀法制備的粒子存在單分散性差和寬的尺寸分布缺限。Jia等在WO乳液中以含少量水的微液滴作為反應器，原位制備磁性殼聚糖Fe304復合納米粒子。當NaOH溶液被加入包含殼聚糖和鐵鹽溶液的乳液中，F(xiàn)e304和殼聚糖納米粒子被沉淀，F(xiàn)e304被殼聚糖納米粒子包覆，當用不同分子量的殼聚糖時，磁性殼聚糖納米粒子尺寸可在1080nm范圍內變化。復合納米粒子的飽和磁化強度值為11.15emug。通過改變殼聚糖和Fe304重量比可條件復合粒子的磁化強度值。（5）. 其他化學方法除上面提到的這些方法外，制備納米磁性粒子還有一些其它方法，如超聲化學法，其利用超聲波的空化作用瞬間產生的高溫(5000K)、高壓(20MPa)以及極高的冷卻速率（1010K/s)等極端條件促使氧化、還原、分解和水解等反應的進行來制各納米粒子。Kim等用超聲化學方法合成了高飽和磁化強度和高結晶性的超順磁性Fe304納米粒子，這些磁流體用油酸表面活性劑包被，包被的SPION很容易分散在殼聚糖中，殼聚糖中包覆的SPION的水力學直徑大約為65nm，呈現(xiàn)好的穩(wěn)定性。除此之外，多元醇還原法、流動注射合成法、電化學法、氣溶膠法等也可以制備納米磁性粒子2。3.性能磁性材料的性能納米科技發(fā)展于20世紀九十年代，經研究發(fā)現(xiàn)，當材料尺寸縮小到納米級時，材料的許多宏觀性能會發(fā)生很大的改變，具有很多特殊性質，如：表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應，所以納米材料與常規(guī)粗晶材料具有很大性質上的不同，除了具有普通材料的性質之外，還具有特殊的納米效應，使其具有許多優(yōu)異的力學、磁學、熱學、光學、電學及催化和生物學性能，已成為新世紀材料科學研究的熱點。（1）.表面效應固體材料的表面原子與內部原子所處的環(huán)境不同。當材料粒徑遠大于原子直徑時，表面原子可以忽略；但當粒徑逐漸接近于原子直徑時，表面原子的數(shù)目及作用就不能忽略，這時晶粒的表面積、表面能和表面結合能等急劇增加引起種種特異效應稱為表面效應。表面效應主要表現(xiàn)為：(1)熔點降低；(2)比熱增大，由于表面原子振動馳豫造成德拜溫度的顯著下降，使納米晶體的比熱大于塊狀晶體的比熱，粒徑越小，比熱越大。(2) .量子尺寸效應介于原子、分子與大塊固體之間的納米顆粒，將大塊材料中連續(xù)的能帶分裂成分立的能級，能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當熱能、電場能或磁能比平均的能級間距還小時，就會呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，即量子尺寸效應。(3) . 小尺寸效應由于顆粒尺寸變小引起的宏觀物理性質的變化稱為尺寸效應。隨著納米微粒尺寸的減小，與體積成比例的能量，如磁各向異性等相應降低；當體積能與熱能相當或更小時，會發(fā)生強磁狀態(tài)向順磁狀態(tài)轉變。當顆粒尺寸與光波的波長，傳播電子德布羅意波長，超導體的相干尺度或透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，會產生光的等離子共振頻率、介電常數(shù)與超導性能的變化。(4) . 宏觀量子隧道效應微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。今年研究發(fā)現(xiàn)，某些宏觀量（量子相干器件中的磁通、電荷、微粒的磁化強度等）具有的隧道效應被稱為宏觀量子隧道效應MQT(Macroscopic Quantum Tunneling)。磁性材料的性能具有磁性的材料被稱為磁性材料，而磁性材料作為傳統(tǒng)的功能材料，在各方面已經得到極為廣泛的應用。物質的磁性一般分為五大類：抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性、亞鐵磁性。(1).由基本概念來看，磁性材料大致分為軟磁性和硬磁性材料兩大類。軟磁性材料可以被很低的外磁場磁化，但當外磁場去除后其剩磁很低，一般矯頑力Hc在400m(5 Oe)到O16m(O002 Oe)之間。粒子軟磁性行為在很多利用外磁場響應的相關應用領域具有重要意義。而硬磁性材料則在外磁場作用后總是表現(xiàn)出很大的剩磁，一般矯頑力Hc在10 kAm(125 Oe)到l Mm(12 kOe)之間。其中矯頑力很大的即為永久磁鐵，一般可以作為研究體系中的外加磁場。(2).由性能來看，磁性材料又可分為結構敏感和結構非敏感型材料。結構非敏感型材料是指其磁性不受材料處理過程(熱處理或機械變形)或材料組分(如微量摻雜)等影響。而這些性質是強烈依賴于合金的特定組成并在材料的后續(xù)化學物理處理過程中不再改變的。結構敏感型材料則相反，其磁性受材料所含雜質的影響很大。磁性納米材料納米技術使傳統(tǒng)的磁學變得年輕活躍，磁性材料使納米材料的發(fā)展進入新紀元。隨著納米科技的發(fā)展，對磁性納米材料的研究受到諸多學者的關注。塊體材料中，決定磁性材料磁的性能(如矯頑力和磁化系數(shù))的關鍵參數(shù)有：組成、晶體結構、磁各向異性能和空缺【7】。然而當它們的尺寸減小到納米尺度時，兩個關鍵的參數(shù)即尺寸和形狀強烈影響著其磁性能，使磁性納米粒子呈現(xiàn)超順磁性，高矯頑力，低居里溫度和高磁化率【8，9】。(1). 超順磁性磁性納米粒子的尺寸達到一定臨喬值時將具有超順磁性，。不同的磁性納米粒子對應的臨界值也不同。如粒徑為85nm的納米Ni粒子，)C服從居里-夕f、斯(Curie，Weiss law)定律，而粒徑小于15rim的Ni粒子，矯頑力Hc_0，此時Ni粒子就具有了超順磁性。此時的磁化強度Mp可以用朗之)5-(Langevin)公式描述：ItFFKaTl時，MpTt2I-I(3KBT)。(2). 高矯頑力矯頑力是一個表示磁化強度變化困難程度的量，它也是表征材料在磁化以后保持磁感應強度的能力。納米粒子尺寸高于超順磁臨界尺寸時通常呈現(xiàn)高的矯頑力Hc。對于磁性納米粒子具有高矯頑力的原因有兩種解釋：一致轉動模式和球鏈反轉磁化模式。但這兩種理論都還不成熟，還有待進一步的探索和研究。(3). 居里溫度居里溫度Tc是物質磁性的重要參數(shù)，通常與交換積分Jc成正比，并與原子構型和間距有關。對于磁性納米粒子，由于小尺寸效應和表面效應而導致納米粒子的本征和自旋的磁性變化，因此具有較低的居里溫度。超順磁性納米粒子的居里溫度，隨粒徑的下降有所下降。(4). 高磁化率納米粒子的磁性與它所含的總電子數(shù)的奇偶性密切相關，每個微粒的電子可以看成一個體系，電子數(shù)的宇稱可為奇或偶。一價金屬的微粉，一半粒子的宇稱為奇，另一半為偶，兩價金屬的粒子的宇稱為偶，電子數(shù)為奇或偶數(shù)的粒子磁性有不同溫度特點。電子數(shù)為奇數(shù)的粒子集合體的磁化率服從居里-外斯定律，X= C(T-Tc)，量子尺寸效應使磁化率遵從d-3規(guī)律；電子數(shù)為偶數(shù)的系統(tǒng)，遵從d2規(guī)律。納米磁性金屬的X值是常規(guī)金屬的20倍。影響納米粒子磁性的兩個主要因素是：小尺寸效應和表面效應。小尺寸效應是電子在納米粒子中的量子限域所致；而表面效應則和粒子中對稱性晶體邊界條件的消失有關【10】。4.應用（1）. 作為化學工業(yè)中的催化劑的應用用作高性能催化劑： 在這種催化反應中，比表面積和表面能均很大的納米粒子具有優(yōu)良的催化特性。 如鉑金系納米粒子催化劑，可供電絕緣涂層固化時使用；鐵系納米粒子催化劑可供氣相法碳纖維用；鎳系納米粒子催化劑可供氫反應用等等。 作為燒結助劑方面：由于納米材料的表面能異常大，因此粒子與粒子間的燒結則容易進行。利用納米材料這一特征，可將其制成用以降低燒結溫度的助劑。若全部用納米材料進行燒結存在很多技術問題：如納米材料本身價格比較貴成型性不好，壓粉密度低，燒結時收縮率大等。如上所述，在粉末中添加少量的納米材料，進行活性化燒結的方法是最有效的方法。與此相反，也可利用單一納米材料的燒結性不好這一特點，而將其制成多孔質過濾器，用于分離和濃縮有機高分子氣體。這也是今后很有價值的應用。 (2). 納米金屬粉末的抗磨性及應用 如在摩擦空隙導入含有膠態(tài)金屬附加物的潤滑油后，大大增加摩擦空隙的抗磨性能。摩擦表面的抗磨性能大都取決于這些表面和位于摩擦結點空隙處的油間層的物理化學狀態(tài)。在附加膠態(tài)金屬的潤滑油通常僅在接觸的金屬表面上形成吸附性的溶劑化物層。在這種情況下，潤滑油的間層總共有二層溶劑化物層組成，而在二層之間處于薄的自由油層。而附加納米金屬粉末相應的有機溶膠分散相后，位于摩擦結點空隙的潤滑油間層具有其他的結構。 由于大量膠態(tài)金屬質點的存在和每一質點表面上溶劑化物層的生成，幾乎所有這些間層的潤滑油處于溶劑化物態(tài)。因此，當在焦油中存在膠態(tài)金屬時，在空隙處出現(xiàn)許多量的溶劑化物層來代替二層溶劑化油層，這就很合適于影響摩擦系數(shù)的降低和減少金屬的磨損量。如納米Fe粉，鉍粉均有廣泛用途(3). 納米金屬粉和合金粉的磁性及應用 在電工機械制造工業(yè)、無線電工業(yè)和其他工業(yè)部門采用納米 Fe 磁性金屬粉和合金粉來制造永磁材料和高頻無線電裝置工業(yè)用的各種感應線圈的鐵芯。這種鐵芯應具有高的磁導率和大的歐姆電阻，因此它們往往用金屬粉末和其他混合物壓制而成。 (4). 納米材料在隱身材料領域的應用為了得到高性能實用的微波吸收材料，需要高性能的吸收劑。通過研究發(fā)現(xiàn)，納米粒子適宜作為吸收材料的主要材質，因它可以使材料得到優(yōu)異的電磁特性，諸如吸收性能好、吸收頻帶寬，與其它隱身材料容易兼容等。最可貴的是，由于納米粒子比重輕，材料重量比通過其它途徑制得的材料輕得多，如 8601 微波吸收材料，就是采用強磁性納米粒子作為材料主要材質，通過合理的阻抗匹配原理制造而成。(5). 磁性納米的應用磁性納米顆粒作為靶向藥物，細胞分離，磁控造影劑等醫(yī)療應用也是當前生物醫(yī)學的一熱門研究課題，有的已步入臨床試驗。納米有序陣列在傳感器、場致發(fā)光等也具有廣泛用途。(6). 目前磁性材料已廣泛應用于細胞分離、 固定化酶、靶向藥物、 免疫測定等領域。磁性材料在生物領域中的應用 大多數(shù)都是基于多功能納米粒子的磁性、光學和電化學性質，其他方面例如功能基團的協(xié)同效應和放大效應以及納米尺度也對其分離有一定的影響。磁性粒子的磁化強度、大小，形貌、形狀及分布影響著它們的本質和功能，使它們更加適用于某種類型的分析物的分析。納米磁性材料在生物分離中的應用 磁性納米粒子尤其適用于分析含顆粒或微生物的樣品，目前已有許多納米磁性材料作為固相萃取固定相應用在環(huán)境污染物分析的報道。納米磁性材料在中草藥成分分析中的應用 納米磁性材料不僅可以用于環(huán)境污染物的分析，而且在中草藥分離提取、劑型加工、藥物代謝與轉運分析中的研究也取得了一些成果。(7). 碳納米材料在生物傳感器中的應用 例如零維的富勒烯、一維的碳納米管和二維的石墨烯等。碳納米材料作為一種常用的納米材料，具有良好的生物相容性、優(yōu)良的催化性、導電性、大的比表面積、強的吸附能力等優(yōu)點，在生物傳感器的構建中得到了廣泛而有效的應用。富勒烯 目前，富勒烯的研究應用已經涉及到化學、生命科學等眾多學科并具有巨大的應用潛力。富勒烯可以作為一種熒光淬滅劑廣泛應用于生物傳感領域。碳量子點 由于碳量子點在光照情況下可以發(fā)出明亮的光，且發(fā)光范圍可調，因此也廣泛應用于熒光成像等方面。 (8). 其它納米材料在生物傳感器中的應用 磁性納米材料作為一種重要的納米材料，除了在理、化學方面具有納米材料特性外，還具有其特殊的磁性能。尤其是 Fe3O4磁性納米顆粒因其獨特超順磁性，在生物醫(yī)學領域如細胞標記與分離、腫瘤熱療、磁靶向藥物輸送及磁共振造影劑等領域顯示出非常廣闊的應用前景。5.其他（1）. CoPt磁性納米CoPt納米顆粒納米顆粒是屬于零維的納米材料，在納米材料中占據(jù)相當重要的地位。對于磁性納米材料來 說，不僅可以填充入樹脂類以及橡膠類產品中形成具有特殊磁性的功能性材料，同時還可以 制備成為磁性液體，在高真空系統(tǒng)中實現(xiàn)磁密封。另外，在醫(yī)藥方面可以利用磁性納米顆粒實現(xiàn)對藥物的靶向作用，將藥物直接輸送到病變位置，在生物、醫(yī)藥等領域也具有廣泛的應用價值和前景。而CoPt磁性納米又具有其他磁性納米材料所不具有的單軸磁晶各向異性、高矯頑力、高居里溫度以及穩(wěn)定的物理化學性質，而成為目前磁性納米所研究的一個熱點。CoPt納米線納米線體材料具有獨特的準一維結構，使其具有其他納米材料所不具備的特性是目前納米材料中研究的熱點。磁性納米線具有形狀各向異性，可以進一步增加磁性材料的各向異性，提高磁性納米材料的矯頑力。而CoPt磁性納米材料本身具有較高的單軸磁晶各向異性，如果制成納米線體材料可以進一步增加材料的各向異性，使 CoPt磁性納米線的磁性能更加優(yōu)異。CoPt納米薄膜磁性薄膜在磁記錄和磁光存儲技術方面已有廣泛的應用，形成了巨大的產業(yè)。納米磁性薄膜是二維的納米材料，由于其獨特的物理化學性質以及在超高密度磁記錄、磁傳感器和MEMS方面潛在的應用價值，引起了人們極大的興趣。目前制備納米磁性薄膜的方法主要有磁控濺射法、分子束外延法以及電化學方法等，下面主要介紹近年來利用這些方法在CoPt納米磁性薄膜的研究方面取得的進展。（2）. Fe3O4磁性納米顆粒固相萃取磁性固相萃取是一種以磁性或可磁化的材料作為吸附劑基質的一種固相萃取技術，在MSPE過程中，將磁性吸附劑添加到樣品溶液或懸浮液中，目標分析物被吸附到分散的磁性吸附劑 表面，在外部磁場的作用下，使目標分析物與樣品基質分離開來。在實際操作中往往通過制備超順磁性氧化鐵納米粒子來實現(xiàn)磁性材料的單分散性。對磁性顆粒表面進行化學功能團修 飾或通過包埋法制備復合納米磁性微球，所得的納米磁珠吸附劑分散性好。磁性固相萃取技術與普通固相萃取技術相比，萃取過程簡單、快速，污染少且由于雜質一般為反磁性物質，因而能有效避免雜質的干擾。免疫分析以磁性納米顆粒為基質，在其表面鏈接抗體，合成高效人工抗體材料，應用抗原抗體免疫反應實現(xiàn)對樣品的分離。目前，功能化納米材料已被成功應用于生物、化學等領域，也可用于復雜樣品中農獸藥殘留分離富集檢測中。在免疫分析研究中，越來越多的研究開始應用納米顆粒及標記技術來提高檢測的靈敏度、特異性以及簡化操作。分子印跡將Fe3O4復合材料運用于MIP中，使分子印跡材料具有磁敏感性，因而不但能夠識別特定分子，且在外加磁場作用下能實現(xiàn)定向移動，從而使得MIP的應用得到進一步拓展。運用分子印跡技術，以甲基對硫磷為模板分子，將巰基丙酸修飾到Fe3O4納米顆粒表面，制備出 形狀大小與模板分子相匹配的表面分子印跡膜。然后通過電化學試驗證實該電極對模板分 子甲基對硫磷具有很強的吸附力，且在2.010-71.010-4 mol/L成線性關系，其檢測限為2.010-7mol/L。在吡蟲啉、對硫磷等結構相似的干擾物存在下，該電極對甲基對硫磷具有良好的選擇性，且該分子印跡材料制備方法簡便，可重復使用。通過分子印跡技術，以磺胺為模板分子，甲基丙烯酸為功能單體，利用Fe3O4磁性納米微球制備具有特異性識別磺胺的磁性分子印跡聚合物，并對該磁性印跡聚合物的吸附性能進行研究，得出印跡聚合物的最大吸附量為280.99mol/g，平衡離解常數(shù)KD為1.5810-3mol/L，結果表明，所制備的磺胺磁性分子印跡微球對模板分子具有特異性吸附。用微波輔助加熱懸浮聚合法制備了以莠去 津為模板分子的磁性分子印跡聚合物，該聚合物可以有效地提取土壤、大豆、生菜和小米粥樣品中的莠去津農藥并且可以重復使用100次以上。國內外對磁性納米顆粒及分子印跡技術聯(lián)用的研究還在不斷的探索與開發(fā)當中，并已取得一定成果。6.結語（1）. 隨著納米材料合成技術的不斷完善，人們對納米粒子的形狀、大小、組分的控制也日趨成熟。但如何精確控制合成條件，實現(xiàn)大規(guī)模的高品質磁納米粒子生產仍是研究者面臨的挑戰(zhàn)性工作。存在的問題包括前體物價格昂貴，前體物具毒性，產物不能形成穩(wěn)定的分散體系，如何構建多功能磁性納米體系等。只有確保合成出的磁性納米材料性能穩(wěn)定，才能更好的實現(xiàn)在各個領域的應用。磁性納米材料作為納米材料科學領域一個明星，在新材料、能源、信息、生物醫(yī)學等各個領域必將發(fā)揮重要作用。(2). 磁性納米顆粒是一類智能型的納米材料，既具有納米材料所特有的性質，又具有良好的磁性材料的性能，由于在磁共振成像、磁熱療、藥物緩釋、細胞分離等生物醫(yī)學領域以及數(shù)據(jù)存儲、主動半主動阻尼器件、自動化和機電一體化等工程控制領域的巨大應用價值，磁性納米材料成為化學、物理、機械、微納電子等多學科、交叉性的研究重點之一。(3). 采用羰基法氣相化學工程可以制備出性能優(yōu)異的納米Ni粉、納米Fe粉、納米（Fe、Ni）合金粉、納米Fe2N 粉等，是目前可以工業(yè)化生產納米磁性材料的較為理想工藝手段。磁性納米材料和納米結構是納米科技的重要組成部分，具有較長的研究歷史，部分研究成果己進入規(guī)?；墓I(yè)生產，取得了顯著的經濟效益，其基礎研究與應用開發(fā)正方興未艾。影響納米磁性粉體顆粒大小和性能的因素諸多，如何綜合調控諸多因素是獲得高性能納米粉體的重要技術措施。納米材料的制備技術是納米科學發(fā)展的最重要內涵，高質量高性能的納米材料及其應用技術是開創(chuàng)和發(fā)展新材料領域的支柱。今天重視納米科技研究開發(fā)的人們，必將在未來的高科技競爭中獨領風騷。運用納米磁性材料提取蒽醌類化合物，固相萃取的發(fā)生主要是由于混合半膠束和蒽醌類化合物之間的疏水相互作用。擴展磁性納米粒子的分散性，探索其表面功能化基團的修飾， 擴大其應用范圍，是對納米磁性材料的發(fā)展的一個挑戰(zhàn)。與常規(guī)樣品處理方法相比，磁性固相萃取法具有其特有的優(yōu)勢，如分析時間短、對環(huán)境友好、溶劑用量少、可重復使用、選擇性高等。微米及納米級的磁性材料已經出現(xiàn)且部分商品化。不久的將來，磁性材料必將會應用于樣品前處理、分離及檢測，且該方法與其他分析方法的聯(lián)用將拓展其應用領域。屆時， 磁性材料在像中草藥這樣的復雜樣品及大體積樣品的前處理等方面擁有很大的應用空間。同時，新型的磁性固相萃取模式及更多的磁性萃取材料的發(fā)展，也將為中草藥復雜基質的成分分析帶來更多的生機。（4）. 目前在CoPt磁性納米材料的制備方面,已經取得了相當大的進展，但是還不能滿足實際應用 的需求。一般來說，物理方法對制備的條件要求較高,設備復雜，成本較高，但是制備的磁性納米材料的純度較高?；瘜W方法的設備簡單、操作容易、可以比較方便地制備CoPt磁性納米顆粒、納米線以及納米薄膜，但是制備的材料會含有一定比例的雜質。若能夠添加少量不和Co,Pt形成固溶體的第三元素,如 Sn,Pb,Sb和Bi等能有效降低CoPt由 Al相到 L10相轉變的相變溫度;在電化學方法中用W,Zn等元素替代部分Pt原子可以在保持磁性能基本不變的情況下大大降低成本，該方法制備CoPt合金有望實現(xiàn)穩(wěn)定、規(guī)?；蜕唐坊a。開展CoPt磁性納米材料的制備以及性能方面的研究具有十分重要的科學意義，可以進一步促進高密度磁記錄工業(yè)和MEMS的發(fā)展和應用。Fe3O4磁性納米材料在農獸藥殘留檢測的各項技術中已得到了廣泛的應用，這對于農獸藥殘留檢測的發(fā)展和完善有著非常重要的意義。但隨著對農獸藥殘留檢測的要求越來越嚴格，要實現(xiàn)農獸藥殘留檢測的快速、靈敏、特異性強的要求還需要更進一步的探索。而充分運用磁性納米材料，發(fā)展農獸藥殘留納米檢測技術，研究和制備更優(yōu)化的功能性復合納米顆粒，并 將Fe3O4復合磁性納米材料與免疫分析技術、分子印跡技術相結合，處理技術與檢測體系是未來農獸藥殘留檢測的新方向。參考文獻