磁性纳米材料的研究进展

磁性纳米材料的研究进展

Progress of magnetic nanoparticles

李恒谦﹡贾雪珂李艳周康佳

（合肥工业大学，安徽宣城）

（Hefei University of Technology, Xuancheng, Anhui, China)

摘要：纳米技术是近年来发展起来的一个覆盖面极广、多学科交叉的科学领域。而磁性纳米材料因其优异的磁学性能，也逐渐发挥出越来越大的作用。随着科学工作者在制备、应用领域的拓展逐渐深入，也使得纳米材料的外形、尺寸的控制日趋完善。因此，磁性纳米材料在机械、电子、化学和生物学等领域有着广泛的应用前景。文章综述磁性纳米材料的制备方法、性能及其近年来在不同领域的应用状况。

关键词：磁性；纳米；制备；性能；应用

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 properties．As scientists research take them deeper along the aspects of synthesis and application．the control of shape and dimensions of magnetic nanoparticles has become more mature．Therefore, 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 summarized．

Keywords：magnetic；nanoparticles；synthesis；character; application

1.引言

磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。

纳米表征技术是高新材料基础理论研究与实际应用交叉融合的技术。对我国高新材料产业的发展有着重要的推动作用，其在全国更广泛的推广应用，能加速我国高新材料研究的进程，为我国高新技术产业的发展作出更大的贡献。在纳米表征技术下，磁性纳米材料的应用日显勃勃生机。例如磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防，国民经济的方方面面紧密相关，磁记录材料至今仍是信息工业的主体。

磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。在机械，电子，光学，磁学，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能源，人类健康和环境保护等重大问题。下一世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性设计出顺应世纪的各种新型的材料和器件，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品。已出现可喜的苗头，具备了形成下一世纪经济新增长点的基础。磁性纳米材料将成为纳米材料科学领域一个大放异彩的明星，在新材料，能源，信息，生物医学等各个领域发挥举足轻重的作用。

2.制备

在人们所熟知的大量磁性材料中，由于不能同时满足高饱和磁化强度和稳定性高的要求，饱和磁化强度高但稳定性低的材料应用在一定程度上受到了限制。目前可选作磁性微粒的仅有少数几种，主要为金属氧化物，如三氧化二铁（Fe2O3）、MFe2O4(M为Co，Mn，Ni)、四氧化三铁（Fe3O4），二元和三元合金，如金属铁、钴、镍及其铁钴合金、镍铁合金，以及钕

铁硼(NdFeB)、镧钴合金（LaCo）合金等，它们的稳定性(即抗氧化能力)依次递减，但饱和磁化强度却按上述次序递增。纳米科技的发展，使这些磁性材料的应用成为可能，目前，磁性材料纳米化已成为材料科学的一个发展趋势。磁性纳米粒子在各个领域的潜在应用，引起了广大研究者对其制备方法的研究[1]。其制备方法可分为生物法、物理法和化学法。

生物法磁性纳米粒子广泛地存在于各种生物体如趋磁细菌、蚂蚁、蜜蜂、鸽子和鲑鱼体内。通过适当的分离方法可获得化学纯度高、粒度均一、外形各异的磁性纳米粒子。但该方法的缺点是粒子提取过程较为复杂，且所得粒子的粒径可控范围可比较受限制[2]。

物理法研磨法一般是在表面活性剂存在下，研磨几周制得。姜继森等将粉碎的磁性微粒Fe3O4和表面活性剂添加到载液中，在球磨机中经过1000h左右球磨，再在高速离心机中处理几十分钟才得到。该法工艺简单，但周期长、材料利用率低，球磨罐及球的磨损严重、杂质较多、成本昂贵，还不能得到高浓度的磁流体，因而实用性差。超声波法可以制得粒径分布均匀的磁流体。蒸发冷凝法是在旋转的真空滚筒的底部放入含有表面活性剂的基液，随着滚筒的旋转，在其内表面上形成液体膜。金属颗粒在表面活性剂的作用下分散于基液中，制得稳定的金属磁性液体。该方法制备的金属磁性液体材料具有磁性粒子粒度分布均匀、分散性好的特点，但所需设备复杂且需要抽真空[3]。

化学法在过去几十年里，许多研究者致力于通过化学法合成磁性纳米粒子，并取得了许多令人瞩目的成就。特别是近几年，许多文献报道了通过精巧的化学实验设计获得尺寸可控、高稳定性和单分散的磁性纳米粒子。化学法包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水热和高温分解法、微乳液法以及其他化学方法。

（1）. 沉淀法

沉淀法包括共沉淀法、均匀沉淀法和直接沉淀法，共沉淀法适合制备氧化物，是在混合的金属盐溶液中添加沉淀剂，即得到组分均匀的溶液，再进行热分解，特点是简单易行，但产物纯度低、粒径大；直接沉淀法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物；均匀沉淀法是在金属盐溶液中加入沉淀剂溶液时不断搅拌，使沉淀剂在溶液中缓慢生成，消除了沉淀剂的不均匀性。下面介绍共沉淀法。

由于共沉淀法具有实验操作简便、反应条件温和等特性，现已成为制备磁性纳米粒子的经典方法之一。其原理是在室温或加热条件下，向惰性气体保护的Fe2+／Fe3+盐溶液中加入碱，获得磁性氧化铁(Fe304或γ-Fe203)纳米粒子，主要反应如下：

Fe2++2Fe3++80H-＝Fe304+4H20 (1．1)

Fe304+2H+＝γ-Fe203+Fe2++H20 (1．2)

共沉淀法制备Fe304纳米粒子主要有两种方式：(1)以Fe(II)盐为水解反应原料，采用各种氧化剂在铁盐水解的同时，将其部分氧化成Fe(III)，得到磁性Fe304纳米粒子；(2)在碱性条件下共沉淀一定比例的Fe(II)和Fe(III)盐混合物。在共沉淀过程中，主要包括两个阶段：当物质浓度达到临界过饱和浓度时出现短的爆炸性成核过程，然后经由溶液扩散到晶体表面出现核生长过程。为能获得单分散的氧化铁纳米粒子，这两个阶段必须分离，也就是在生长过程中应避免成核。磁性纳米粒子的尺寸、形状和组成强烈依靠所用盐的类型(如高氯酸盐、盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐等)、Fe2+/ Fe3+摩尔比、介质的pH值和离子强度。因此可通过控制介质的pH、离子强度、温度、盐的类型或Fe(II)／Fe(III)的浓度比，来控制纳米粒子的尺寸和形状，由此可获尺寸小到2nm的磁性粒子。

（2）. 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是近年来发展起来的一种湿法合成金属氧化物纳米材料方法，其原理是基于前体分子在溶液中发生水解和缩合反应，形成纳米尺度“溶胶”，随后进一步发生缩聚反应获

得一个三维金属氧化物网状结构——湿的凝胶，然后再在较低的温度下烧结成所要合成的材料。其中对水解、缩合反应产生影响进而影响凝胶的结构和性能的主要参数包括：溶剂、温度、所用前体盐的性质和浓度、pH和搅拌速度。

文献报道通过在400oC下直接加热处理凝胶制备尺寸为6-15nm的γ-Fe203纳米粒子。溶胶-凝胶法主要有几个优点，如(1)通过实验条件的选择可获得预想结构的材料；(2)可获得纯的无定形相．单分散性好和尺寸可控的粒子：(3)产物的微结构和均一性可得到很好控制；(4)通过溶胶-凝胶基体可实现保持被包埋分子好的性能和稳定性[2]。

（3）. 水热和高温分解法

水热法是指在一定温度和压力下，使物质在溶液中进行反应的一种制备方法，所得产物纯度高，分散性好，粒度易于控制，近年来发展迅速。Cheng等以乙二醇为还原剂，乙酸钠为静电稳定剂，用水热法还原FeCl3可得到Fe304。微球。Qi等用十二烷基硫酸镍作为前体物和表面活性剂，与FeCl3和NaOH溶液在120℃水热合成NiFe204纳米微粒，其δs(比饱和磁化强度)达到30．4 emu／g。然而在研究水热法制备纳米粒子的过程中发现，通常的加热方式由于使反应溶液中存在严重的温度不均匀，使液体不同区域产物“成核”时间不同，从而使先前成核微晶聚集长大，难以保证反应产物颗粒的集中分布[4]。

高温分解法是通过在高沸点有机溶剂中加热分解有机金属化合物来制备纳米粒子的一种方法。通过控制反应时间和温度、反应物的浓度和比例、溶剂性质等可控制纳米粒子的尺寸和形态。表面活性剂吸附到纳米粒子表面可起到稳定胶体溶液。例如，Sun等报道以乙酰丙酮铁盐为铁原料，油酸和油胺为稳定剂，l，2-十六二醇为还原剂，在高沸点溶剂二苯醚中成功合成了单分散的磁性纳米粒子。这些粒子直径可在4-20nm范围进行精确调控，通过加入双极性表面活性剂可使疏水性粒子转化成亲水性粒子[2]。

（4）. 微乳液法

微乳液是两种互不相溶的液体通过表面活性剂分子作用形成动力学和热力学稳定的、各向同性、外观透明或半透明的分散体系，该体系一般由有机溶剂、水溶液、表面活性剂和助表面活性剂四部分组成。微乳液可分为水分散在油中(W／O)和油分散在水中(O／W)两种体系。例如，用W／O反相微乳液来制备纳米粒子时，一个表面活性剂分子单层包围的水溶液相形成一个个微液滴(典型的尺寸为1-50nm)分散在连续的有机相中，把在微液滴中分别包有反应物A和B的相同组成的微乳液混合，微液滴间不断地相互碰撞、融合、破裂。在碰撞融合的过程中微液滴间将发生物质交换和核聚集。这样在一个微液滴中就会包有反应物A和B，从而发生化学反应获得纳米粒子。通过微液滴限制粒子成核和增长，合成具有尺寸分布窄，具有均一的物理性能的超顺磁性纳米粒子，由此可避免由共沉淀法制备的粒子存在单分散性差和宽的尺寸分布缺限。Jia等在W／O乳液中以含少量水的微液滴作为反应器，原位制备磁性壳聚糖／Fe304复合纳米粒子。当NaOH溶液被加入包含壳聚糖和铁盐溶液的乳液中，Fe304和壳聚糖纳米粒子被沉淀，Fe304被壳聚糖纳米粒子包覆，当用不同分子量的壳聚糖时，磁性壳聚糖纳米粒子尺寸可在10．80nm范围内变化。复合纳米粒子的饱和磁化强度值为11.15emu／g。通过改变壳聚糖和Fe304重量比可条件复合粒子的磁化强度值。

（5）. 其他化学方法

除上面提到的这些方法外，制备纳米磁性粒子还有一些其它方法，如超声化学法，其利用超声波的空化作用瞬间产生的高温(>5000K)、高压(>20MPa)以及极高的冷却速率（1010K/s)等极端条件促使氧化、还原、分解和水解等反应的进行来制各纳米粒子。Kim等用超声化学方法合成了高饱和磁化强度和高结晶性的超顺磁性Fe304纳米粒子，这些磁流体用油酸表面活性剂包被，包被的SPION很容易分散在壳聚糖中，壳聚糖中包覆的SPION的水力学直径大约为65nm，呈现好的稳定性。除此之外，多元醇还原法、流动注射合成法、电化学法、气溶胶法等也可以制备纳米磁性粒子[2]。

3.性能

磁性材料的性能

纳米科技发展于20世纪九十年代，经研究发现，当材料尺寸缩小到纳米级时，材料的许多宏观性能会发生很大的改变，具有很多特殊性质，如：表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应，所以纳米材料与常规粗晶材料具有很大性质上的不同，除了具有普通材料的性质之外，还具有特殊的纳米效应，使其具有许多优异的力学、磁学、热学、光学、电学及催化和生物学性能，已成为新世纪材料科学研究的热点。

（1）.表面效应

固体材料的表面原子与内部原子所处的环境不同。当材料粒径远大于原子直径时，表面原子可以忽略；但当粒径逐渐接近于原子直径时，表面原子的数目及作用就不能忽略，这时晶粒的表面积、表面能和表面结合能等急剧增加引起种种特异效应称为表面效应。

表面效应主要表现为：(1)熔点降低；(2)比热增大，由于表面原子振动驰豫造成德拜温度的显著下降，使纳米晶体的比热大于块状晶体的比热，粒径越小，比热越大。

(2) .量子尺寸效应

介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒，将大块材料中连续的能带分裂成分立的能级，能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或磁能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，即量子尺寸效应。

(3) . 小尺寸效应

由于颗粒尺寸变小引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应。随着纳米微粒尺寸的减小，与体积成比例的能量，如磁各向异性等相应降低；当体积能与热能相当或更小时，会发生强磁状态向顺磁状态转变。当颗粒尺寸与光波的波长，传播电子德布罗意波长，超导体的相干尺度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，会产生光的等离子共振频率、介电常数与超导性能的变化。

(4) . 宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。今年研究发现，某些宏观量（量子相干器件中的磁通、电荷、微粒的磁化强度等）具有的隧道效应被称为宏观量子隧道效应MQT(Macroscopic Quantum Tunneling)。

磁性材料的性能

具有磁性的材料被称为磁性材料，而磁性材料作为传统的功能材料，在各方面已经得到极为广泛的应用。物质的磁性一般分为五大类：抗磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性、亚铁磁性。

(1).由基本概念来看，磁性材料大致分为软磁性和硬磁性材料两大类。软磁性材料可以被很低的外磁场磁化，但当外磁场去除后其剩磁很低，一般矫顽力Hc在400～m(5 Oe)到O．16～m(O．002 Oe)之间。粒子软磁性行为在很多利用外磁场响应的相关应用领域具有重要意义。而硬磁性材料则在外磁场作用后总是表现出很大的剩磁，一般矫顽力Hc在10 kA／m(125 Oe)到l M～m(12 kOe)之间。其中矫顽力很大的即为永久磁铁，一般可以作为研究体系中的外加磁场。

(2).由性能来看，磁性材料又可分为结构敏感和结构非敏感型材料。结构非敏感型材料是指其磁性不受材料处理过程(热处理或机械变形)或材料组分(如微量掺杂)等影响。而这些性质是强烈依赖于合金的特定组成并在材料的后续化学物理处理过程中不再改变的。结构敏感型材料则相反，其磁性受材料所含杂质的影响很大。

磁性纳米材料

纳米技术使传统的磁学变得年轻活跃，磁性材料使纳米材料的发展进入新纪元。随着纳米科技的发展，对磁性纳米材料的研究受到诸多学者的关注。

块体材料中，决定磁性材料磁的性能(如矫顽力和磁化系数)的关键参数有：组成、晶体结构、

磁各向异性能和空缺【7】。然而当它们的尺寸减小到纳米尺度时，两个关键的参数即尺寸和形状强烈影响着其磁性能，使磁性纳米粒子呈现超顺磁性，高矫顽力，低居里温度和高磁化率【8，9】。

(1). 超顺磁性

磁性纳米粒子的尺寸达到一定临乔值时将具有超顺磁性，。不同的磁性纳米粒子对应的临界值也不同。如粒径为85nm的纳米Ni粒子，)C服从居里-夕f、斯(Curie，Weiss law)定律，而粒径小于15rim的Ni粒子，矫顽力Hc_0，此时Ni粒子就具有了超顺磁性。此时的磁化强度Mp可以用朗之)5-(Langevin)公式描述：I．tFFKaT《l时，Mp≈Tt2I-I／(3KBT)。

(2). 高矫顽力

矫顽力是一个表示磁化强度变化困难程度的量，它也是表征材料在磁化以后保持磁感应强度的能力。纳米粒子尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力Hc。对于磁性纳米粒子具有高矫顽力的原因有两种解释：一致转动模式和球链反转磁化模式。但这两种理论都还不成熟，还有待进一步的探索和研究。

(3). 居里温度

居里温度Tc是物质磁性的重要参数，通常与交换积分Jc成正比，并与原子构型和间距有关。对于磁性纳米粒子，由于小尺寸效应和表面效应而导致纳米粒子的本征和自旋的磁性变化，因此具有较低的居里温度。超顺磁性纳米粒子的居里温度，随粒径的下降有所下降。(4). 高磁化率

纳米粒子的磁性与它所含的总电子数的奇偶性密切相关，每个微粒的电子可以看成一个体系，电子数的宇称可为奇或偶。一价金属的微粉，一半粒子的宇称为奇，另一半为偶，两价金属的粒子的宇称为偶，电子数为奇或偶数的粒子磁性有不同温度特点。电子数为奇数的粒子集合体的磁化率服从居里-外斯定律，X= C／(T-Tc)，量子尺寸效应使磁化率遵从d-3规律；电子数为偶数的系统，遵从d2规律。纳米磁性金属的X值是常规金属的20倍。

影响纳米粒子磁性的两个主要因素是：小尺寸效应和表面效应。小尺寸效应是电子在纳米粒子中的量子限域所致；而表面效应则和粒子中对称性晶体边界条件的消失有关【10】。

4.应用

（1）. 作为化学工业中的催化剂的应用

用作高性能催化剂：在这种催化反应中，比表面积和表面能均很大的纳米粒子具有优良的催化特性。如铂金系纳米粒子催化剂，可供电绝缘涂层固化时使用；铁系纳米粒子催化剂可供气相法碳纤维用；镍系纳米粒子催化剂可供氢反应用等等。

作为烧结助剂方面：由于纳米材料的表面能异常大，因此粒子与粒子间的烧结则容易进行。利用纳米材料这一特征，可将其制成用以降低烧结温度的助剂。若全部用纳米材料进行烧结存在很多技术问题：如纳米材料本身价格比较贵成型性不好，压粉密度低，烧结时收缩率大等。如上所述，在粉末中添加少量的纳米材料，进行活性化烧结的方法是最有效的方法。与此相反，也可利用单一纳米材料的烧结性不好这一特点，而将其制成多孔质过滤器，用于分离和浓缩有机高分子气体。这也是今后很有价值的应用。

(2). 纳米金属粉末的抗磨性及应用

如在摩擦空隙导入含有胶态金属附加物的润滑油后，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决于这些表面和位于摩擦结点空隙处的油间层的物理化学状态。在附加胶态金属的润滑油通常仅在接触的金属表面上形成吸附性的溶剂化物层。在这种情况下，润滑油的间层总共有二层溶剂化物层组成，而在二层之间处于薄的自由油层。而附加纳米金属粉末相应的有机溶胶分散相后，位于摩擦结点空隙的润滑油间层具有其他的结构。由于大量胶态金属质点的存在和每一质点表面上溶剂化物层的生成，几乎所有这些间层的润滑油处于溶剂化物态。因此，当在焦油中存在胶态金属时，在空隙处出现许多量的溶剂化物层

来代替二层溶剂化油层，这就很合适于影响摩擦系数的降低和减少金属的磨损量。如纳米Fe粉，铋粉均有广泛用途

(3). 纳米金属粉和合金粉的磁性及应用

在电工机械制造工业、无线电工业和其他工业部门采用纳米Fe 磁性金属粉和合金粉来制造永磁材料和高频无线电装置工业用的各种感应线圈的铁芯。这种铁芯应具有高的磁导率和大的欧姆电阻，因此它们往往用金属粉末和其他混合物压制而成。

(4). 纳米材料在隐身材料领域的应用

为了得到高性能实用的微波吸收材料，需要高性能的吸收剂。通过研究发现，纳米粒子适宜作为吸收材料的主要材质，因它可以使材料得到优异的电磁特性，诸如吸收性能好、吸收频带宽，与其它隐身材料容易兼容等。最可贵的是，由于纳米粒子比重轻，材料重量比通过其它途径制得的材料轻得多，如8601 微波吸收材料，就是采用强磁性纳米粒子作为材料主要材质，通过合理的阻抗匹配原理制造而成。

(5). 磁性纳米的应用

磁性纳米颗粒作为靶向药物，细胞分离，磁控造影剂等医疗应用也是当前生物医学的一热门研究课题，有的已步入临床试验。纳米有序阵列在传感器、场致发光等也具有广泛用途。(6). 目前磁性材料已广泛应用于细胞分离、固定化酶、靶向药物、免疫测定等领域。

磁性材料在生物领域中的应用大多数都是基于多功能纳米粒子的磁性、光学和电化学性质，其他方面例如功能基团的协同效应和放大效应以及纳米尺度也对其分离有一定的影响。磁性粒子的磁化强度、大小，形貌、形状及分布影响着它们的本质和功能，使它们更加适用于某种类型的分析物的分析。

纳米磁性材料在生物分离中的应用磁性纳米粒子尤其适用于分析含颗粒或微生物的样品，目前已有许多纳米磁性材料作为固相萃取固定相应用在环境污染物分析的报道。

纳米磁性材料在中草药成分分析中的应用纳米磁性材料不仅可以用于环境污染物的分析，而且在中草药分离提取、剂型加工、药物代谢与转运分析中的研究也取得了一些成果。(7). 碳纳米材料在生物传感器中的应用

例如零维的富勒烯、一维的碳纳米管和二维的石墨烯等。碳纳米材料作为一种常用的纳米材料，具有良好的生物相容性、优良的催化性、导电性、大的比表面积、强的吸附能力等优点，在生物传感器的构建中得到了广泛而有效的应用。

富勒烯目前，富勒烯的研究应用已经涉及到化学、生命科学等众多学科并具有巨大的应用潜力。富勒烯可以作为一种荧光淬灭剂广泛应用于生物传感领域。

碳量子点由于碳量子点在光照情况下可以发出明亮的光，且发光范围可调，因此也广泛应用于荧光成像等方面。

(8). 其它纳米材料在生物传感器中的应用

磁性纳米材料作为一种重要的纳米材料，除了在理、化学方面具有纳米材料特性外，还具有其特殊的磁性能。尤其是Fe3O4磁性纳米颗粒因其独特超顺磁性，在生物医学领域如细胞标记与分离、肿瘤热疗、磁靶向药物输送及磁共振造影剂等领域显示出非常广阔的应用前景。

5.其他

（1）. CoPt磁性纳米

CoPt纳米颗粒

纳米颗粒是属于零维的纳米材料，在纳米材料中占据相当重要的地位。对于磁性纳米材料来说，不仅可以填充入树脂类以及橡胶类产品中形成具有特殊磁性的功能性材料，同时还可以制备成为磁性液体，在高真空系统中实现磁密封。另外，在医药方面可以利用磁性纳米颗粒实现对药物的靶向作用，将药物直接输送到病变位置，在生物、医药等领域也具有广泛的应用价值和前景。而CoPt磁性纳米又具有其他磁性纳米材料所不具有的单轴磁晶各向异性、

高矫顽力、高居里温度以及稳定的物理化学性质，而成为目前磁性纳米所研究的一个热点。CoPt纳米线

纳米线体材料具有独特的准一维结构，使其具有其他纳米材料所不具备的特性是目前纳米材料中研究的热点。磁性纳米线具有形状各向异性，可以进一步增加磁性材料的各向异性，提高磁性纳米材料的矫顽力。而CoPt磁性纳米材料本身具有较高的单轴磁晶各向异性，如果制成纳米线体材料可以进一步增加材料的各向异性，使CoPt磁性纳米线的磁性能更加优异。CoPt纳米薄膜

磁性薄膜在磁记录和磁光存储技术方面已有广泛的应用，形成了巨大的产业。纳米磁性薄膜是二维的纳米材料，由于其独特的物理化学性质以及在超高密度磁记录、磁传感器和MEMS 方面潜在的应用价值，引起了人们极大的兴趣。目前制备纳米磁性薄膜的方法主要有磁控溅射法、分子束外延法以及电化学方法等，下面主要介绍近年来利用这些方法在CoPt纳米磁性薄膜的研究方面取得的进展。

（2）. Fe3O4磁性纳米颗粒

固相萃取

磁性固相萃取是一种以磁性或可磁化的材料作为吸附剂基质的一种固相萃取技术，在MSPE 过程中，将磁性吸附剂添加到样品溶液或悬浮液中，目标分析物被吸附到分散的磁性吸附剂表面，在外部磁场的作用下，使目标分析物与样品基质分离开来。在实际操作中往往通过制备超顺磁性氧化铁纳米粒子来实现磁性材料的单分散性。对磁性颗粒表面进行化学功能团修饰或通过包埋法制备复合纳米磁性微球，所得的纳米磁珠吸附剂分散性好。磁性固相萃取技术与普通固相萃取技术相比，萃取过程简单、快速，污染少且由于杂质一般为反磁性物质，因而能有效避免杂质的干扰。

免疫分析

以磁性纳米颗粒为基质，在其表面链接抗体，合成高效人工抗体材料，应用抗原—抗体免疫反应实现对样品的分离。目前，功能化纳米材料已被成功应用于生物、化学等领域，也可用于复杂样品中农兽药残留分离富集检测中。在免疫分析研究中，越来越多的研究开始应用纳米颗粒及标记技术来提高检测的灵敏度、特异性以及简化操作。

分子印迹

将Fe3O4复合材料运用于MIP中，使分子印迹材料具有磁敏感性，因而不但能够识别特定分子，且在外加磁场作用下能实现定向移动，从而使得MIP的应用得到进一步拓展。运用分子印迹技术，以甲基对硫磷为模板分子，将巯基丙酸修饰到Fe3O4纳米颗粒表面，制备出形状大小与模板分子相匹配的表面分子印迹膜。然后通过电化学试验证实该电极对模板分子甲基对硫磷具有很强的吸附力，且在2.0×10-7～1.0×10-4 mol/L成线性关系，其检测限为2.0×10-7mol/L。在吡虫啉、对硫磷等结构相似的干扰物存在下，该电极对甲基对硫磷具有良好的选择性，且该分子印迹材料制备方法简便，可重复使用。通过分子印迹技术，以磺胺为模板分子，甲基丙烯酸为功能单体，利用Fe3O4磁性纳米微球制备具有特异性识别磺胺的磁性分子印迹聚合物，并对该磁性印迹聚合物的吸附性能进行研究，得出印迹聚合物的最大吸附量为280.99μmol/g，平衡离解常数KD为1.58×10-3mol/L，结果表明，所制备的磺胺磁性分子印迹微球对模板分子具有特异性吸附。用微波辅助加热悬浮聚合法制备了以莠去津为模板分子的磁性分子印迹聚合物，该聚合物可以有效地提取土壤、大豆、生菜和小米粥样品中的莠去津农药并且可以重复使用100次以上。国内外对磁性纳米颗粒及分子印迹技术联用的研究还在不断的探索与开发当中，并已取得一定成果。

6.结语

（1）. 随着纳米材料合成技术的不断完善，人们对纳米粒子的形状、大小、组分的控制也日趋成熟。但如何精确控制合成条件，实现大规模的高品质磁纳米粒子生产仍是研究者面临

的挑战性工作。存在的问题包括前体物价格昂贵，前体物具毒性，产物不能形成稳定的分散体系，如何构建多功能磁性纳米体系等。只有确保合成出的磁性纳米材料性能稳定，才能更好的实现在各个领域的应用。磁性纳米材料作为纳米材料科学领域一个明星，在新材料、能源、信息、生物医学等各个领域必将发挥重要作用。

(2). 磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质，又具有良好的磁性材料的性能，由于在磁共振成像、磁热疗、药物缓释、细胞分离等生物医学领域以及数据存储、主动半主动阻尼器件、自动化和机电一体化等工程控制领域的巨大应用价值，磁性纳米材料成为化学、物理、机械、微纳电子等多学科、交叉性的研究重点之一。

(3). 采用羰基法气相化学工程可以制备出性能优异的纳米Ni粉、纳米Fe粉、纳米γ—（Fe、Ni）合金粉、纳米ζ—Fe2N 粉等，是目前可以工业化生产纳米磁性材料的较为理想工艺手段。磁性纳米材料和纳米结构是纳米科技的重要组成部分，具有较长的研究历史，部分研究成果己进入规模化的工业生产，取得了显著的经济效益，其基础研究与应用开发正方兴未艾。影响纳米磁性粉体颗粒大小和性能的因素诸多，如何综合调控诸多因素是获得高性能纳米粉体的重要技术措施。纳米材料的制备技术是纳米科学发展的最重要内涵，高质量高性能的纳米材料及其应用技术是开创和发展新材料领域的支柱。今天重视纳米科技研究开发的人们，必将在未来的高科技竞争中独领风骚。

运用纳米磁性材料提取蒽醌类化合物，固相萃取的发生主要是由于混合半胶束和蒽醌类化合物之间的疏水相互作用。扩展磁性纳米粒子的分散性，探索其表面功能化基团的修饰，扩大其应用范围，是对纳米磁性材料的发展的一个挑战。与常规样品处理方法相比，磁性固相萃取法具有其特有的优势，如分析时间短、对环境友好、溶剂用量少、可重复使用、选择性高等。微米及纳米级的磁性材料已经出现且部分商品化。不久的将来，磁性材料必将会应用于样品前处理、分离及检测，且该方法与其他分析方法的联用将拓展其应用领域。届时，磁性材料在像中草药这样的复杂样品及大体积样品的前处理等方面拥有很大的应用空间。同时，新型的磁性固相萃取模式及更多的磁性萃取材料的发展，也将为中草药复杂基质的成分分析带来更多的生机。

（4）. 目前在CoPt磁性纳米材料的制备方面,已经取得了相当大的进展，但是还不能满足实际应用的需求。一般来说，物理方法对制备的条件要求较高,设备复杂，成本较高，但是制备的磁性纳米材料的纯度较高。化学方法的设备简单、操作容易、可以比较方便地制备CoPt 磁性纳米颗粒、纳米线以及纳米薄膜，但是制备的材料会含有一定比例的杂质。若能够添加少量不和Co,Pt形成固溶体的第三元素,如Sn,Pb,Sb和Bi等能有效降低CoPt由Al相到L10相转变的相变温度;在电化学方法中用W,Zn等元素替代部分Pt原子可以在保持磁性能基本不变的情况下大大降低成本，该方法制备CoPt合金有望实现稳定、规模化和商品化生产。开展CoPt磁性纳米材料的制备以及性能方面的研究具有十分重要的科学意义，可以进一步促进高密度磁记录工业和MEMS的发展和应用。

Fe3O4磁性纳米材料在农兽药残留检测的各项技术中已得到了广泛的应用，这对于农兽药残留检测的发展和完善有着非常重要的意义。但随着对农兽药残留检测的要求越来越严格，要实现农兽药残留检测的快速、灵敏、特异性强的要求还需要更进一步的探索。而充分运用磁性纳米材料，发展农兽药残留纳米检测技术，研究和制备更优化的功能性复合纳米颗粒，并将Fe3O4复合磁性纳米材料与免疫分析技术、分子印迹技术相结合，处理技术与检测体系是未来农兽药残留检测的新方向。

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【13】许丽卫*，王久荣，韩雪峰纳米磁性材料在中草药分析中的应用(中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，湖南长沙410125)

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【20】李丹，李忠海，黎继烈，付湘晋Fe3O4磁性纳米颗粒及其在农药残留检测中的应用

关于碳纳米管的研究进展综述

关于碳纳米管的研究进展 1、前言 1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新 的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C 70、C 76 、C 78 、C 84 等。 1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。 2、碳纳米管的制备方法 获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法,但由于生长温度较低,碳纳米管中通常含有

磁性材料基本特性的研究

实验报告 姓名：什么情况班级：F10 学号：51 实验成绩： 同组姓名：实验日期：2011- 指导老师：助教批阅日期： 磁性材料基本特性的研究 【实验目的】 1．了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线概念，加深对铁磁材料的主要物理量矫顽磁力、剩磁和磁导率的理解； 2．利用示波器观察并测量磁化曲线与磁滞回线； 3．测定所给定的铁磁材料的居里温度． 【实验原理】 1．磁化性质 一切可被磁化的物质叫作磁介质。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M、磁场强度H来描述，它们满足一定的关系 μr的不同一般可分为三类，顺磁质、抗磁质、铁磁质。 对非铁磁性的各向同性的磁介质，H和B之间满足线性关系，B =μH，而铁磁性介质的m 、B 与H 之间有着复杂的非线性关系。一般情况下，铁磁质内部存在自发的磁化强度，当温度越低自发磁化强度越大。如图一所示。 图一B~ H曲线图二μ~ T曲线 它反映了铁磁质的共同磁化特点：在刚开始时随着H的增加，B缓慢的增加，此时μ较小；而后便随H的增加B急剧增大，μ也迅速增加；最后随H增加，B趋向于饱和，而此时的μ值在到达最大值后又急剧减小。图一表明了磁导率μ是磁场H的函数。B-H曲线表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，B随H的增加而增加，称为磁化曲线。从图二中可看到，磁导率μ还是温度的函数，当温度升高到某个值时，铁磁质由铁磁状态转变成顺磁状态，在曲线上变化率最大的点所对应的温度就是居里温度T C。 2．磁滞性质 铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一重要的特性是磁滞现象．当铁磁材料磁化时，磁

感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且与 磁化的历史有关，如图3所示．曲线OA表示铁磁材 料从没有磁性开始磁化，B随H的增加而增加，称 为磁化曲线．当H值到达某一个值H S时，B值几乎 不再增加，磁化趋于饱和．如使得H减少，B将不 再沿着原路返回，而是沿另一条曲线AC'A'下降，当 H从-H S增加时，B将沿着A'CA曲线到达A形成一 闭合曲线．其中当H = 0时，|B| = Br，Br称为剩余 磁感应强度．要使得Br为零，就必须加一反向磁场， 当反向磁场强度增加到H = -H C时，磁感应强度B为零，达到退磁，HC称为矫顽力．各种铁磁材料有不同的磁滞回线，主要区别在于矫顽力的大小，矫顽力大的称为硬磁材料，矫顽力小的称为软磁材料． 3．用交流电桥测量居里温度 铁磁材料的居里温度可用任何一种交流电桥测量。本实验采用如图所示的RL交流电桥， 图三RL交流电桥 在电桥中输入电源由信号发生器提供，在实验中应适当选择不同的输出频率ω为信号发生器的角频率。选择合适的电子元件相匹配，在未放入铁氧体时，可直接使电桥平衡，但当其中一个电感放入铁氧体后，电感大小发生了变化，引起电桥不平衡。但随着温度的上升到某一个值时，铁氧体的铁磁性转变为顺磁性，CD两点间的电位差发生突变并趋于零，电桥又趋向于平衡，这个突变的点对应的温度就是居里温度。实验中可通过桥路电压与温度的关系曲线，求其曲线突变处的温度，并分析研究在升温与降温时的速率对实验结果的影响。4．用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线

纳米材料的研究进展及其应用全解

纳米材料的研究进展及其应用 姓名：李若木 学号：115104000462 学院：电光院

1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

2、纳米材料：石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

纳米磁性材料的制备和研究进展综述教案资料

纳米磁性材料的制备和研究进展综述 一．前言 纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。 司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学，磁流体力学，原子核磁学，机体物理学，磁化学，

天文学，磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。 本次综述，主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先，介绍磁性纳米材料的发展历史，可以追溯到黄帝时期。其次，介绍磁性纳米材料的分类。------再次，重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类：1.由上到下，即由大到小，将块材破碎成纳米粒子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上，即由小到大，将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后，将全文主题扼要总结，并且找出研究的优缺点和差距，提出自己的见解。 二、主题 1、纳米磁性材料的发展史 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长，早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),，据传说，那是黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜．古代取其名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。

纳米复合材料最新研究进展与发展趋势

智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器

共沉淀制备四氧化三铁纳米磁性材料

共沉淀法制备四氧化三铁纳米磁性材料 纳米磁性材料是在20世纪70年代后逐渐产生、发展和壮大起来的一种新型磁性材料。它不同于常规磁性材料的主要原因是关联于磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等于大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。纳米磁性材料目前被广泛应用在磁性记忆材料、靶向药物载体、核磁共振造影增强剂及电化学生物传感器等方面。 一、实验目的 1.掌握共沉淀法制备纳米磁性材料的基本原理 2.掌握纳米磁性材料的表征方法 二、实验原理 将二价铁盐（Fe2+）和三价铁盐（Fe3+）按一定比例混合，加入沉淀剂（OH—），搅拌反应即得超微磁性Fe3O4粒子，反应式为：Fe2 + + Fe3 + + OH—→Fe (OH) 2 / Fe (OH) 3 (形成共沉淀) Fe (OH) 2 + Fe (OH) 3→FeOOH + Fe3O4(pH ≤7.5) FeOOH + Fe2 +→Fe3O4 + H+(pH ≥9.2) 总反应为：Fe2 + + 2Fe3 + + 8OH—→Fe3O4 +4H2O 实际制备中还有许多复杂的中间反应和副产物： Fe3O4 + 0.25O2 + 4.5H2O →3Fe (OH) 3 2Fe3O4 + 0.5O2→3Fe2O3 所以实验中二价铁适当过量，即[Fe3+]：[Fe2+]=1.75:1

此外，溶液的浓度、nFe2 +/Fe3 +的比值、反应和熟化温度、溶液的pH 值、洗涤方式等均对磁性微粒的粒径、形态、结构及性能有很大影响。 三、实验试剂与仪器 试剂： FeCL3。6 H2O FeSO4.7H2O NaOH 十二烷基苯磺酸钠 PH试纸无水乙醇 仪器：恒温水浴箱真空干燥箱 FA1604型电子天平激光粒度分布仪电子扫描显微镜 X射线分析仪离心机（强磁磁铁）100ml容量瓶、锥形瓶、烧杯、玻璃棒等玻璃仪器 四、实验步骤 1．称取13.90g FeSO4.7H2O，用一定的蒸馏水溶解，于100ml的容量瓶中配制Fe2+的溶液，置于65。C的恒温水浴中水浴加热； 称取23.67g FeCL3。6 H2O，用一定的蒸馏水溶解，于100ml的容量瓶中配制Fe3+ 的溶液，置于65。C的恒温水浴中水浴加热； 称取8gNaOH溶于一定的蒸馏水，于100ml容量瓶中配制NaOH溶液； 称取2g NaOH溶于一定的蒸馏水，于100ml容量瓶中配制NaOH溶液； 2．纳米Fe3O4的制备 1）取43.10ml 1.00mol/L Fe2+溶液和43.10ml 1.75 mol/L Fe3+溶液混合，保证[Fe3+]：[Fe2+]=1.75:1;快速搅拌, 滴加5 mol/L NaOH溶液至pH = 7,此时有棕色颗粒生成。再滴加0.5 mol/L NaOH溶液至规定

磁性材料研究进展

磁性材料 引言 磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m

碳纳米管材料的研究现状及发展展望

碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；性质；应用与发展 1、碳纳米管的发展历史 1985年发现了巴基球(C60)；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研 究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖） 1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）； 1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)； 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳米管,稳定性稍差; 2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员，利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯 分子C141。 2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 2、碳纳米管的分类 2.1碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳 米管、多壁碳纳米管。 2.2纳米碳纤维 纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳 管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。 2.3碳球 根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2) 纳米碳粉。 2.4石墨烯 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料的基本单元。 3、碳纳米管的制备 3．1电弧法

纳米四氧化三铁的应用

纳米四氧化三铁的应用一、纳米四氧化三铁的简介 四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO〃Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。化学式：Fe3O4，分子量231.54，硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系，密度 5.18g/cm3。熔点1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 在外磁场下能够定向 移动，粒径在一定范围之 内具有超顺磁性，以及在 外加交变电磁场作用下能 产生热量等特性，其化学 性能稳定，因而用途相当 广泛。 纳米四氧化三铁置于介质中，采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过

在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、纳米四氧化三铁的配置方法 由于纳米四氧化三铁特殊的理化学性质 , 使其在实际应用中越来越广泛 , 而其制备方法和性质的研究也得到了深入的进展。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一产品纯度低、颗粒分布不均匀 , 易被氧化 , 且很难制备出10nm 以下的纳米微粒 , 所以在工业生产和试验中很少被采纳。 化学方法主要有共沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好 , 颗粒度较小 , 操作方法也较为容易 , 生产成本也较低 , 是目前研究、生产中主要采用的方法。

磁性材料的研究现状与应用

磁性材料的研究现状与应用 磁性材料是功能材料的重要分支，利用磁性材料制成的磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 磁性材料大体上分为两类：其一为铁磁有序的金属磁性材料；其二绝大多数为亚铁磁有序、具有半导体导电性质的非金属磁性材料。磁性材料的发展过程大致可分为三个阶段：50年代以前主要研究金属磁性材料；50到80年代为铁氧体的黄金时代，除电力工业外，各领域中铁氧体占绝对优势；90年代以来，纳米磁性材料崛起。磁性材料由3d过渡族金属与合金的研究扩展到3d-(4f,4d,5d,5f)合金与化合物的研究与应用。同时，磁性功能材料也得到了显著的进展。 一、磁性的描述 磁及磁现象的根源是电流，或者说磁及磁现象的微观机制是电荷的运动形成原子磁矩造成的，而且，所有的物质都是磁性体，只是由于构成物质的原子结构不同，而显示出的磁学性能不同。有铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性、抗磁性以及无磁性等。描述材料的磁性的物理量有磁化强度M、磁化率χ、磁感应强度B、磁导率μ。 根据物质磁化率的符号和大小，可以把物质的磁性大致分为五类：抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体和反铁磁体。影响材料性质的有磁化强度随温度的变化。即在不同温度下，磁化强度不同的性质。铁磁材料的自发磁化在居里温度Tc处发生相变，Tc以下为铁磁性，而Tc以上铁磁性消失。同样亚铁磁性材料也具有类似的特性。另外一个必须注意的因素便是磁各向异性，即磁学特性随材料的晶体学方向不同而不同的性质，典型特征便是在不同方向施加磁场会测得不同的磁滞回线。 磁性材料的基本特征可以分为两大类： (1)完全由物质本身(成分组分比)决定的特性。主要有饱和磁化强度Ms和磁感应强度Bs; (2)由物质决定,但随其晶体组织结构变化的特性。主要有磁导率、矫顽力Hc和矩形比Br/Bs，以及磁各向异性。 由此，利用和开发磁性材料就需要有分析技术和加工工艺两个方面的进展。从历史上而言，按材料加工技术进展区分，大体可有以下几个阶段： (1)熔炼铸造技术，获得铁及其合金等软磁和永磁材料。 (2)粉末冶金，开发绝缘性磁性材料、陶瓷材料和稀土永磁材料。 (3)真空镀膜，开发了镀膜磁性材料及非晶磁性材料，制成磁纪录介质及微磁学器件。 (4)单原子层控制技术，制备了定向晶体学取向型、巨磁电阻多层膜、人工超晶格等有特殊用途的磁性材料。 而磁性材料的开发和利用，也就是采取以上这几种技术工艺方法来加强所需要的性能，抑制不利于所需性能的因素。 二、软磁材料和永磁材料 软磁材料，也是高磁导率材料，是应用中占比例最大的传统磁性材料，多用于磁芯。是指由较低的外部磁场强度就可获得很大的磁化强度及高密度磁通量的材料，对这种材料的基本要求是： (1)初始磁导率μi和最大磁导率μm要高，以提高功能效率； (2)剩余磁通密度Br要低，饱和磁感应强度Ms要高,以节省资源并迅速响应外磁场； (3)矫顽力Hc要小，以提高高频性能； (4)铁损要低以提高功能效率；

国内磁性材料业状况和前景

国内磁性材料业状况和前景 1中国磁体产业的发展历程 目前，全球的经济已进入了一个信息时代，作为一种功能材料，磁性 材料所占的地位越来越重要。当前主要的商品磁体共有4类：20世纪 30年代开发的铝-镍-钴永磁（AlNiCo）；50年代初期开发的铁氧体磁体；60年代末开发的钐-钴磁体（Sm-Co），包括第一代稀土永磁－SmCo5和第二代稀土永磁－Sm2Co17；80年代初开发的稀土永磁钕铁硼（Nd-Fe-B）。而稀土永磁，特别是钕铁硼是磁性材料里最重要的一部分，在永磁材料中发展最快，平均以每年10％的速度增长。中国磁体 产业在中国的出现远较西方发达国家晚，起始期是1969年到1987年 之间。因为当时的稀土永磁钐钴磁体的高成本、国内市场的需求量少，所以到八十年代初还没有形成自己的磁体工业。1987～1996的十年是 中国磁体产业开始发展的第一阶段，其特点是起点低：因为投资小， 设备简陋，生产设备基本完全是国产的，经营理念落后，仍局限于小 生产的模式。 1997～2002的五年是中国磁体产业发展的第二阶段，其特点是起点远高于前一阶段：投资强度大，引进一部分国外的先进技术设备，能够 按先进的工艺路线组织生产，产品质量一般属中低档。2003年起，中 国磁体产业的发展将进入第三阶段。企业建立的特点将是“三高”， 即高起点、高投入、高回报：1）产品瞄准特定用途所需的高档磁体； 投资规模巨大，引进整条先进生产线；2）按现代化管理的理念，组织 集约式分段联营的大生产：磁体生产分为两段—母合金/粉料的生产和 磁体制备，投资显著降低，效益则大为提升；3）按资本运作的规律运营，从而保证磁体产业较高的回报率。特别是有可能从国外引进最先 进的或采用国产先进生产线，生产高档的磁体产品。 进入21世纪，发达国家的磁体生产因为成本过高，已难以为继，世 界磁性材料行业纷纷向中国或第三世界地区转移，中国作为首选的国家。世界一些著名的磁性材料制造企业看好中国，如日本的TDK、FDK、

纳米材料的发展及研究现状

纳米材料的发展及研究现状 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单

元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基

关于磁性材料的发展研究综述

关于磁性材料的发展研究综述 关键词：磁性材料、钕铁硼永磁材料、纳米磁性材料、磁电共存、应用及前景 摘要：磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。人们对钕铁硼永磁材料的研究和优化，是磁性材料进一步发展，并逐渐深入到纳米磁性材料的研发和研究…… 关于磁性材料的研究发展综述 一、磁性材料简介 实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可分为五类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，亚磁性物质，反磁性物质。根据分子电流假说，物质在磁场中应该表现出大体相似的特性，但在此告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大．这反映了分子电流假说的局限性。实际上，各种物质的微观结构是有差异的，这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因。我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，把铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。 二、磁性材料分类 磁性是物质的一种基本属性。实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金

属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、硬磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。 1、软磁材料软磁材料亦称高磁导率材料、磁芯材料，对磁场反应敏感，易于 磁化。大体上可分为四类：①合金薄带或薄片：FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等。 ②非晶态合金薄带：Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以适当的Si、 B、P和其他掺杂元素,又称磁性玻璃。。磁介质（铁粉芯）:FeNi(Mo)、FeSiAl、 羰基铁和铁氧体等粉料，经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形。④铁氧体：包括尖晶石型──M O·Fe2O3 (M代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等),磁铅石型──Ba3Me2Fe24O41(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其复合组分)。 2、硬磁材料硬磁材料，又称永磁材料，不易被磁化，一旦磁化，则磁性不易消 失。目前使用的永磁材料答题分为四类：①阿尔尼科磁铁：其构成元素Al、Ni、Co（其余为Fe），是强磁性相α1在非磁性相α2中以微晶析出而呈现高矫顽力的材料，对其进行适当处理，可增大磁积能。②铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要成分的复合氧化物，并加入钡的碳酸盐。③稀土类钴系磁铁：含有稀土金属的钴系合金，具有非常强的单轴磁性各向异性。④钕铁硼系稀土永磁合金：该合金采用粉末冶金方法制造，是由④Nd2Fe14B、 Nd2Fe7B6和富Nd相（Nd-Fe，Nd-Fe-O）三相构成，其磁积能是目前永磁材料中的最高纪录。 三、磁性材料的应用 由于磁体具有磁性，所以在功能材料中备受重视。磁体能够进行电能转换（变压器）、机械能转换（磁铁、磁致伸缩振子）和信息储存（磁带）等。 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁

纳米材料研究进展

2011年第4期甘肃石油和化工2011年12月 纳米材料研究进展 李彦菊1，高飞2 （1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄050018； 2.中核第四研究设计工程有限公司，河北石家庄050000） 摘要：纳米材料具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。综述了纳米材料 的分类、特性以及应用领域。 关键词：纳米材料；功能材料；复合材料 1前言 纳米（nm）是一个极小的长度单位，1nm=10-9m。当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100nm 这个范围空间，物质的性能就会发生突变，呈现出特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。纳米技术正是利用纳米粒子这些特性实现其在各行各业中的特殊应用［1，2］。纳米技术和纳米材料的科学价值和应用前景已逐步被人们所认识，纳米科学与技术被认为是21世纪的三大科技之一。目前世界各国都对纳米材料和纳米科技高度重视，纷纷在基础研究和应用研究领域对其进行前瞻性的部署，旨在占领战略制高点，提升未来10～20年在国际上的竞争地位。我国政府对纳米科技十分重视，先进的纳米产业正在蓬勃发展［3，4］。 2纳米材料的分类 以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1～100nm［5］。在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。广义而言，纳米材料是指在3维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数［6］，纳米材料的基本单元可以分为3类：①0维，指在空间3维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒，原子团簇等；②1维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等； ③2维，指在3维空间中有1维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。按化学组成可分为：纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料［7，8］。按材料物性可分为：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。纳米材料大部分都是人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的［9，10］。 3纳米材料的特性［11，12］ 3.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面体 收稿日期：2011-07-05 作者简介：李彦菊（1981-），女，河北廊坊人，硕士，已发表论文10余篇，其中SCI2篇。主要从事纳米材料的研究工作。8

分子磁性材料及其研究进展

第27卷第4期2012年8月 大学化学 UNIVERSITY CHEMISTRY Vol.27No.4 Aug.2012　 分子磁性材料及其研究进展* 袁梅　王新益　张闻　高松** (北京大学化学与分子工程学院　北京100871) 摘要　对分子磁性材料的一些基本概念和磁学现象作了简单介绍,主要包括磁耦合二磁有序二磁弛豫和自旋交叉等几个方面三重点综述了单分子磁体二单链磁体二自旋交叉化合物二多功能复合磁体以及磁性分子组装领域的研究进展三 关键词　分子磁性　单分子磁体　单链磁体　自旋交叉　多功能复合磁体 分子磁性材料是一类通过化学方法将自由基或顺磁离子(包括过渡金属离子和稀土金属离子)及抗磁配体以自发组装和控制组装的方式组合而形成的磁性化合物三由于较传统磁体有着密度小二透明度高二溶解性好二易于加工二可控性好等优点,并有望在航天材料二微波材料二信息记录材料二光磁及电磁材料等领域得到应用,所以近年来对分子磁性的研究已经成为化学二物理学以及材料科学等多个领域研究的热点之一[1]三 分子磁性是指由材料中具有未成对电子的顺磁中心在配位化学环境中通过孤立或者协同作用表现出来的行为三通过研究孤立顺磁离子在配体场中的自旋状态,人们可以实现高低自旋态之间的转变,并通过温度二压力二光照等外场实现可控调节[2];通过研究自旋之间的协同行为,人们可以对磁耦合作用二磁有序温度等进行调节,从而得到各种具有不同体相磁性质的材料三除了常见的抗磁二顺磁二铁磁二亚铁磁和反铁磁性外,在分子磁性材料中还发现了很多新颖和复杂的磁现象,如单分子磁体二单链磁体二自旋交叉等磁性双稳态,spin?flop转变,变磁性和弱铁磁性等三化学家希望在分子化合物中实现和观察到这些新的磁现象,给物理学家提供新的研究模型,进而探讨它们的物理机制三本文将对这些分子磁性材料的基本概念和各种磁现象作简单介绍,并对目前的若干研究热点如单分子磁体二单链磁体以及自旋交叉配合物等作重点介绍[3?5]三 1　磁耦合[6?10] 要得到具有协同磁作用的磁性材料,体系中就必须存在磁耦合三在量子理论中,耦合也称为交换(exchange),最重要的几种交换作用包括直接交换二间接交换二各向异性交换以及偶极?偶极交换等三1.1　直接交换 直接交换(direct exchange)作用起源于相邻原子轨道的重叠,仅涉及相邻原子局域的电子自旋,即原子间没有其他原子来隔开传递交换的通路三这种作用主要存在于金属和合金中,而在金属配合物中则可以被忽略三 * **基金资助:国家自然科学基金项目;科技部项目通讯联系人,E?mail:gaosong@https://www.docsj.com/doc/308400820.html,

碳纳米管的研究进展

碳纳米管的研究进展* 王全杰1,2** 王延青1*** （1. 陕西科技大学资源与环境学院，陕西 西安 710021；2. 烟台大学化学生物理工学院， 山东 烟台 264005） 摘要：碳纳米管是由石墨层片卷成的管状结构的一种新型纳米材料，拥有独特的物理化学、电学、热学和机械性能以及十分诱人的应用前景。文章对碳纳米管的制备方法、性质、纯化及应用前景进行了简要的综述。 关键词：碳纳米管；合成；性能；纯化；应用 中图分类号G 311 文献标识码 A Progress of Research for Carbon Nanotubes Wang Quanjie 1,2,Wang Yanqing 1 （1.College of Resource and Environment，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021,China；2. Chemistry and Biology College，Yantai University，Yantai 264005,China）Abstract: Carbon nanotubes are a new class of nano-material with tubular structure formed via rolling-up of coaxial sheets of graphite. They have unique physicochemical, electrical, thermal and mechanical properties, opening up various intriguing possibilities for applications. The preparation methods, properties, methods of purification and application of carbon nanotubes are briefly reviewed. Key words: carbon nanotubes；synthesis；property；purification；application 自1991年日本科学家Lijima发现碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)，1992年Ebbesn等人提出了实验室规模合成碳纳米管的方法后，其独特的结构和物理化学性质受到人们越来越多的关注[1]。碳纳米管因具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,从而使其具有特殊的机械、物化性能，在工程材料、催化、吸附、分离、储能器件电极材料等诸多领域中具有重要的应用前景。 *基金来源：山东省科技攻关项目（2008GG10003020） **第一作者简介：王全杰，男，1950年生，教授 ***通讯联系人