磁性纳米材料的制备及应用前景摘要：磁性纳米材料因其具有独特的性质，在现代社会中有着广泛的应用，并越来越受到人们的关注。

本文主要介绍了磁性纳米材料的制备及应用前景，概述了纳米磁性材料的制备方法，如机械球磨法，水热法，微乳，液法，超声波法等，总结了纳米磁性材料在实际中的应用，并对其研究前景进行了展望。

Abstract: magnetic nanomaterials due to their unique properties, in the modern society has a wide range of applications, and people pay more and more attention. This paper mainly introduces the magnetic nanometer material preparation and application prospect of nano magnetic materials, summarized the preparation methods, such as mechanical ball milling method, hydrothermal method, microemulsion, liquid method, ultrasonic method, summarizes the nanometer magnetic materials in practical application, and the research prospect.前言纳米材料因其尺寸小而具有普通块状材料所不具有的特殊性质，如表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，从而与普通块状材料相比具有较优异的物理、化学性能。

磁性纳米材料由于其在高密度信息存储，分离，催化，靶向药物输送和医学检测等方面有着广泛的应用，已经受到了广泛关注。

磁性复合纳米材料是以磁性纳米材料为中心核，通过键合、偶联、吸附等相互作用在其表面修饰一种或几种物质而形成的无机或有机复合材料。

由于社会的发展和科学的进步，磁性纳米材料的研究和应用领域有了很大的扩展。

磁性材料在信息存储、传感器和磁流体等传统学科领域有着重要的应用。

随着纳米材料科学与技术的发展，纳米磁性材料的应用开发日益引起人们的关注，特别是在提高信息存储密度、微纳米器件和生物医学领域的应用潜力巨大。

目前普遍采用化学法制备铁氧体磁性纳米颗粒，具体有溶胶～凝胶法、化学共沉淀法等，而由于生物合成的磁性纳米颗粒表现出更优良的性质。

1.磁性纳米材料的特点量子尺寸效应：材料的能级间距是和原子数N 成反比的，因此，当颗粒尺度小到一定的程度，颗粒内含有的原子数N 有限，纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道，能隙变宽。

当这能隙间距大于材料物性的热能，磁能，静电能，光子能等等时，就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。

例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。

小尺寸效应：当粒子尺度小到可以与光波波长，磁交换长度，磁畴壁宽度，传导电子德布罗意波长，超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时，原有晶体周期性边界条件破坏，物性也就表现出新的效应，如从磁有序变成磁无序，磁矫顽力变化，金属熔点下降等。

宏观量子隧道效应：微观粒子具有穿越势垒的能力，称为量子隧道效应。

而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中，发现宏观磁学量如磁化强度，磁通量等也具有隧道效应，这就是宏观量子隧道效应。

它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。

2. 磁性复合纳米材料的制备方法2.1水热合成法水热合成法是液相中制备纳米粒子的一种新方法。

一般是在100~300摄氏度温度下和高气压环境下使无机或有机化合物与水化合，通过对加速渗透析反应和物理过程的控制，得到改进的无机物，再过滤，洗涤，干燥，从而得到高纯，超细的各类微粒子。

研究发现以FeC13为铁源，AOT为表面活性剂，N2H4·H20（50%）为还原剂水热合成 Fe3O4纳米颗粒时，反应温度和时间，表面活性剂和还原剂浓度对最终产物的尺寸形貌、分散性和磁性有明显影响。

还有通过调节水热反应条件制备出形貌多样的 SnO2@Fe3O4纳米复合物,磁性研究发现非磁性SnO2 使复合物的饱和磁化强度降低。

以单一的三价铁盐和蔗糖为原料在水热条件下一步反应得到了葡萄糖或者葡糖糖酸包裹的Fe3O4纳米颗粒，并有潜力在生物科技和医学、磁响应成像及催化方面应用。

这种方法操作简单合成样品结晶性较好，不需要高温退火处理，避免了粉体的团聚和结构缺陷，同时在反应体系中可生成常温常压下难以生成的物相和形貌。

2.2化学共沉淀法化学共沉淀法是将沉淀剂在搅拌条件下直接加入到含有前驱物的盐溶液中制备纳米材料。

研究通过共沉淀法制备了 NiZnxFe2O4磁性纳米颗粒，并研究了锌的掺杂量对颗粒磁性的影响。

沉淀法已经合成的物质包括磁性CoFe2O4和具有光学性的聚偏二氟乙烯(PVDF)包裹的四氧化三铁复合物等。

这种方法制备纳米材料颗粒形貌不易控制，因其受到搅拌速率，沉淀剂浓度等多种因素影响，洗涤比较复杂产物纯度不高，但操作简单，设备要求低，适合于工业化生产。

2.3微乳液法微乳液是由不相混溶的油和水在表面活性剂及助表面活性剂作用下，形成热力学稳定的均一体系。

在正己烷／戊醇／CTAB微乳液体系中，将含有钻盐的微乳液和含有还原剂的微乳液混合后在反应釜中9O℃，反应9h后得到钴纳米棒，发现因颗粒本身的磁性及反应条件的变化可自组装成立方形。

后来通过微乳液法合成了SnO2@Fe3O4，并且调节硅酸四丁酯的加入量调节 SiO2层的厚度。

此复合物具有超顺磁性且是生物相容性可用于生物医药中的靶向输运载体。

通过 0／w ／O型微乳液合成了空心的Fe3O4纳米颗粒，具有较强的铁磁性。

此法合成的纳米材料分散性好，形貌可控，但是产量较少结晶性不好。

2.4热分解法在含有表面活性剂的高沸点有机溶剂中，加热分解有机金属化合物制备纳米材料。

在十八烯溶剂中，油胺存在条件下热分解五羰基铁得到单质铁。

表面的铁被氧化而形成一薄层Fe3O4，得到粒径小于 10nm的磁性核壳型 Fe／Fe3O4这种方法的缺点是：只能合成金属单质或者金属氧化物且反应物温度高。

目前用这种方法已经制备出了许多分散性好，尺寸在 10nm左右的磁性颗粒。

综上所述，沉淀法产物形貌不好控制，操作简单适于工业生产，可通过快速加入沉淀剂使制得的晶粒较细；溶胶一凝胶法操作相对较麻烦但产物纯度高，可通过控制溶剂的pH值，陈化时间，煅烧温度，保温时间等来对产物的颗粒尺寸及形貌进行控制；微乳液法可制出形貌多样的颗粒但有机溶剂用量大污染严重；水热／溶剂热得到的产物结晶性好，可对产形貌进行控制但对设备要求高。

除了上面提到的几种制备方法外还有超声化学法，超临界流体乳化法和微波法等。

这些方法也有各自的优点，但目前研究较少，随着各种工艺技术的不断完善，其应用范同将会进一步扩大。

2.5溶胶一凝胶法溶胶～凝胶法是利用金属醇盐的水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶，再浓缩成凝胶，凝胶经干燥、热处理得到氧化物超微粉。

等将硝酸锌和硝酸铁溶解在少量水中，再将PVA溶解在水中形成凝胶，凝胶脱水干燥后煅烧得到平均尺寸在4--20nm的ZnFe3O4纳米颗粒，其相变电温度比块状高。

后来合成了ZnOFe3O4复合物，发现合成过程中以H2为气氛产物磁性较强。

另外研究合成多壁碳纳米管修饰的磁性纳米颗粒用于提取雌性激素。

这种方法制备纳米颗粒可以通过控制溶胶一凝胶过程的溶液pH值，反应温度，时间等来调节颗粒的粒径。

此法得到的产物纯度较高，但是经过高温煅烧，颗粒团聚较严重。

3.磁性纳米材料的应用由于纳米磁性材料具有多种特别的纳米磁特性，可制成纳米磁膜( 包括磁多层膜)、纳米磁线、纳米磁粉 ( 包括磁粉块体) 和磁性液体等多种形态的磁性材料，因而已在传统技术和高新技术、工农业生产和国防科研以及社会生活中获得了多方面的广泛而重要的应用。

3.1 在磁记录方面的应用在当代信息社会中，磁信息材料和技术的应用占有很大的比例，而纳米磁性材料更开创了重要的新应用，例如，电子计算机中的磁自旋随机存储器，磁电子学中的自旋阀磁读出头和自旋阀三极管等都是应用多层纳米磁膜研制成的。

3.2 在纳米永磁材料方面的应用对于永磁材料，要求磁性强，保持磁性的能力强，磁性稳定，即要求永磁材料具有高的最大磁能积[( BH)ma x ]、高的剩余磁通密度( Br ) 和高的矫顽力( H O)，同时要求这三个磁学量对温度等环境条件具有较高的的稳定性。

在实际情况中，要求( B H)m a x，Br和He三者都较高是困难的，所以只能根据不同的需要来选择适当的永磁材料。

目前永磁材料研究较多的是稀土永磁材料，一些稀土元素具有高的原子磁矩、高的磁晶各向异性、高的磁致伸缩系数、高的磁光效应及低的磁转变点(居里点)。

纳米磁性材料的特点之一是在一定条件下可得到单磁畴结构，因而可显著提高永磁材料的矫顽力和永磁性能。

纳米级的永磁材料磁性能更优越，其永磁性能可以随合金的组元、含量和制造工艺等不同而有显著的变化。

3 ．3分离及催化磁性复合纳米材料在分离及催化方面的应用，主要起作用的是磁性核外面的功能性物质，同时利用磁性核可在外加磁场下控制的特点进行分离。

以Fe3O4为磁性核通过在表面修饰键合上分子印迹聚合物，用作分离牛血红素。

这种磁性复合纳米颗粒南于具有特殊的识别位点，可对模板蛋白具有选择性吸附从而达到分离的目的。

合成壳聚糖包裹的磁性复合纳米颗粒用于除去水中的重金属离子Pb ， Cu ，Cd ．这种分离方法操作简单，选择性高，而且吸附剂可以反复利用。

已制备的磁性复合催化剂有Fe3O4@Ag和Fe3O4@SiO2@Au等，有利于催化剂的回收和重复利用。

展望随着高科技的迅速发展和对合成新材料的迫切需要，磁性纳米材料的开发，研究将受到更高度的重视。

磁性纳米材料是一个发展前景十分广阔的领域，对其制备、性能及应用的探索必然成为研究的热点。

在不久的将来，有可能开发出更多具有特殊功能的磁性纳米材料，其对经济社会的发展，特别是高新技术的发展，必将起到重要的作用。

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