磁性納米粒子的表面修飾及功能化.pdf

1、磁性四氧化三鐵納米粒子因其超順磁性、高矯頑力、低居里溫度、寬頻帶強(qiáng)吸收一系列獨(dú)特的性能，在隱身吸波材料、磁記錄材料、磁制冷材料等方面具有廣泛的應(yīng)用。近年來隨著研究的深入、學(xué)科間的交叉滲透，應(yīng)用于藥物釋放、生物大分子分離等生物醫(yī)學(xué)和分離工程相關(guān)領(lǐng)域的可進(jìn)行性能設(shè)計(jì)的多功能的磁性復(fù)合微球的制備及研究成為熱點(diǎn)，而磁性納米粒子的表面性質(zhì)和分散狀態(tài)對磁性復(fù)合微球的制備及功能化等過程有著顯著的影響。 本文的研究工作主要圍繞性能優(yōu)越的磁性納米

2、粒子制備、表面修飾以及功能化展開，涉及微乳液法和共沉淀法制備磁性納米四氧化三鐵的比較、小分子改性劑改善納米磁性粒子的分散性和表面性質(zhì)、形貌規(guī)則且具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物磁性復(fù)合微球的合成以及磁場和熒光雙重響應(yīng)的多功能化復(fù)合微球的制備，并通過IR、TEM、XRD、VSM、UV-vis和TG等多種測試手段對所得產(chǎn)物進(jìn)行了表征。具體內(nèi)容包括： 1.磁性納米粒子的制備及表征采用微乳液法和共沉淀法制備納米四氧化三鐵粒子。透射電鏡(TEM)結(jié)果

3、表明：微乳液法制備獲得的四氧化三鐵為大小在10nm左右，粒徑分布均勻的球形納米顆粒，而共沉淀法獲得的磁性納米粒子大小在20nm左右，尺寸分布較寬；X-射線粉末衍射(XRD)表征說明：微乳液法制備的磁性無機(jī)納米粒子結(jié)晶性弱，而共沉淀法得到的無機(jī)納米粒子結(jié)晶性能好；振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)結(jié)果表明：采用微乳液法制得的磁性四氧化三鐵比飽和磁化強(qiáng)度13.5emu/g遠(yuǎn)低于滴定水解法的57.91emu/g。 研究了滴定水解法制備四氧化三鐵

4、的諸多影響因素，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)n(FeCl3.6H2O)：n(FeCl2.4H2O)=2:1時(shí)產(chǎn)物較為純凈且結(jié)晶性好；反應(yīng)體系在中性偏堿性(pH=9-11)所得產(chǎn)物磁性能較好；以氫氧化鈉為堿液時(shí)，磁性納米粒子為立方形顆粒，而氨水為堿液時(shí)，磁性顆粒為球形顆粒；于60℃晶化半小時(shí)，可以提高粒子的抗氧化性能和磁性能。 2.磁性納米粒子的小分子修飾及表征選用多元酸鹽(檸檬酸三鈉)、多元堿鹽(四甲基氫氧化銨)、小分子有機(jī)酸(油酸)以及偶聯(lián)劑(K

5、H-570)對四氧化三鐵納米粒子進(jìn)行表面改性，制備獲得電荷穩(wěn)定和立體穩(wěn)定的表面含有-COO-、OH-、-CH=CH-等基團(tuán)的親水/疏水性磁性納米粒子。通過透射電鏡、紫外．可見分光光度計(jì)等表征得到如下成果： (1)闡明了檸檬酸鈉改性后磁性粒子的穩(wěn)定機(jī)理，并研究了檸檬酸鈉濃度對四氧化三鐵改性效果的影響，發(fā)現(xiàn)在一定濃度范圍內(nèi)增加檸檬酸鈉的用量，可以使得四氧化三鐵納米粒子的粒徑較小、分散性能增強(qiáng)； (2)說明了四甲基氫氧化銨改善磁性四氧

6、化三鐵粒子分散性能的原理，并通過透射電鏡和紫外．可見分光光度法表征了體系的分散效果，結(jié)果表明：經(jīng)四甲基氫氧化銨改性后的體系在堿性條件下的懸浮穩(wěn)定性很好； (3)闡述了油酸改性磁性粒子的原理，并采用紅外光譜和透射電鏡對產(chǎn)物和體系的分散性進(jìn)行了表征，電鏡和室溫下穩(wěn)定時(shí)間說明該體系的分散穩(wěn)定性好； (4)示意了偶聯(lián)劑改性磁性粒子的機(jī)理，并通過透射電鏡和動(dòng)態(tài)光散射表征其改性效果，且確定了偶聯(lián)劑的最佳用量。 3.磁性納米粒

7、子的高分子修飾及表征選用K2S2O8作為引發(fā)劑，苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯作為共聚單體，經(jīng)不同表面處理的磁性納米粒子為種子粒子，分別采用乳液聚合和無皂乳液兩種方法制備具有較好耐酸性和抗氧化性的核殼式高分子磁性復(fù)合微球；結(jié)合紅外光譜(FT-IR)、熱分析(TG)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等成份和結(jié)構(gòu)方面的表征闡明反應(yīng)機(jī)理；考察了種子粒子的表面處理方式對聚合行為以及復(fù)合粒子的影響，并比較兩種方法制得的磁性復(fù)合微球的異同。

8、4.磁性粒子的功能化利用稀土元素的熒光性能，通過在Fe3O4-SiO2復(fù)合粒子的二氧化硅殼層中沉積稀土配合物，制備獲得具有熒光和磁性能的Fe3O4-SiO2復(fù)合粒子。該過程涉及了在納米Fe3O4種子粒子外層通過溶膠凝膠法引入SiO2殼層，以及在此基礎(chǔ)上沉積稀土配合物和第二層SiO2層兩個(gè)步驟。通過紅外光譜(FT-IRI)、透射電鏡(TEM)等對產(chǎn)物的成份和形貌進(jìn)行了表征，利用固體熒光、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)等對產(chǎn)物性能進(jìn)行表征，并討論了影響復(fù)合