1、毕业论文 开题报告 环境工程 磁性 Fe3O4纳米粒子的制备及其表面修饰研究 一、选题的背景、意义 随着人类文明的不断进步和科学技术的飞速发展，特别是能源开发、空间技术、电子技术、激光技术、光电子技术、传感技术等高新技术领域的高速发展，元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料提出了新的需求 1。再者随着中国工业经济的飞速发展，现有的传统材料己经难以满足其需求，开发、利用高性能材料和新功能材料己经成为共识。纳米材料就应运而生，由于纳米材料的界面组元所占比例大，纳米颗粒表面原子比例高，与通常的 多晶材料或者微粉完全不同，其表现出高的表面效应、体积效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和
2、宏观量子隧道效应，派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质2-4。 纳米科学技术的快速发展，让磁性纳米材料得到了长足的发展。近年来的磁性材料，在非晶态、稀土永磁化合物、超磁致伸缩、巨磁电阻等新材料相继发现的同时，由于组织的微细化、晶体学方位的控制、薄膜化、超晶格等新技术的开发，其特性显著提高。这些不仅对电子、信息产品等特性的飞跃提高作出了重大贡献，而且成为新产品开发的原动力。目前，磁性纳米材料已成为支持并促进社会 发展的关键材料。而磁性 Fe304 纳米粒子是纳米材料中一类新颖的功能材料，四氧化三铁的化学稳定性好，原料易得，价格便宜，广泛用于涂料、油墨等领域5-7。四氧化三铁纳米粒子的磁性比大
3、块本体材料的强许多倍，当四氧化三铁纳米粒子的粒径 d16nm，具有超顺磁性。磁性四氧化三铁纳米粒子磁性能好，用于优质磁记录材料的制备，同时是制备 -Fe203 等重要磁记录材料的中间体，还可作为微波吸收材料及催化剂。近年来，四氧化三铁纳米粒子具有良好的磁性，在生物医学方面表现出潜在的广泛用途，如磁性四氧化三铁纳米粒子可作为药物的主 要载体进行靶向给药，也可用于细胞及 DNA 的分离等，成为倍受关注的研究热点。 表面化学修饰法是指通过纳米表面与改性剂之间进行化学反应，改变纳米微粒的表面结构和状态，以达到表面改性的目的。其在纳米微粒表面改性中占有极其重要的地位。近年来，表面修饰在纳米材料的制备、分
4、散和改性等方面受到了广泛的重视，应用的表面修饰剂的种类也越来越多，修饰剂的合成技术也得到了很大的发展 8-10。 二、相关研究的最新成果及动态 (1)清华大学的王亭杰用硅烷偶联剂 KH 一 570 对 Fe3O4微粒表面进行有机改性，有效地克服了纳 米粒子团聚的缺陷并提高微粒与单体及其聚合物的亲和性； (2)中国科学技术大学的曾桓兴研究了单分子层油酸包覆 Fe3O4 微粒，制备出微纳米尺寸的 Fe3O4 复合超微粒子，可应用于磁流体的开发； (3)K.L 等采用 W/O 型微乳液法制备了水溶性的 Fe3O4 纳米颗粒，利用微乳液法把 Fe3O4装入了聚苯乙烯微胶囊，并对所制得的微球胶囊做了近一
5、步的分析； (4)Zeng 等利用油包水型微乳液法，将含有 FeCl3 的 NaBH4 溶液与表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵作用制得 Fe3O4 纳米颗粒，并用 X 射线衍射、透射电子显微镜及热差分析 仪进行了表征； (5)Qi 等人采用溶胶 -凝胶法，以 FeCl36H2O、乙醇及环氧丙烷在真空作用下，制备不同温度下的磁性 Fe3O4 纳米粒子，用热差分析仪（ TG-DTA）、 X 射线衍射（ XRD）、透射电子显微镜（ TEM）和振动样品磁强计（ VSM）对样品进行了表征； (6) Lubbe 等人对十四位实体瘤病人进行了磁性药物载体材料的临床试验，在磁性纳米粒子的表面负载阿霉素进行定位治
6、疗，取得了较好的预期目的，通过磁共振技术、药动学与组织检查，表明过半的病人身上磁性纳米材料成功地靶向输送到了肿瘤部位，而且没产生任何毒副 作用，是一种新型的靶向化疗剂； (7) Gai 等在 Fe3O4 表面通过乙二醇及 TEOS 进行修饰，利用 X 射线衍射、光电子能谱、红外光谱及透射电子显微镜对磁性复合微球进行表征，并对大肠杆菌质粒 DNA 纯化 细胞进行了吸附测试 ； (8) Pislaru-Danescu 等人用共沉淀法以 Fe2+:Fe3+摩尔比为 1:2，氢氧化钠作沉淀剂制备了 Fe3O4 磁性纳米粒子，用 DebyeScherrer 公式确定为其纳米粒径为 14 纳米；并对其介电
7、常数和阻抗进行测定； (9) Abareshi 等人利用共沉淀法以氨水作沉淀剂，改变温度、 pH 值等条件下制得不同的 Fe3O4 磁性纳米粒 子，并用 X 射线衍射 、傅里叶红外光谱、透射电子显微镜和振动样品磁强计对样品进行表征； (10) Liu 等利用乙酰丙酮铁（ Fe(acac)3）、辛醚、 1,2-十六烷二醇及聚乙烯吡咯烷酮在高温作用下合成了 Fe3O4 磁性纳米粒子 11-16。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 1.研究内容： Fe3O4 磁性纳米微球的制备及表面修饰研究 2.研究方法（技术路线）： 本课题准备通过 XRD、 SEM、 TEM
8、、 紫外可见分光光度计、红外光谱等表征手 段对产物的晶相结构、形貌和纳米尺度进行表征；在多种功能单体中，选择出与模板分子结合最好的单体；探讨不同条件下，所得磁性纳米材料结构、活性的影响。 3.难点：因为属于新兴科技，其研究并没有十分完善，在寻找资料和评判自己实验结果的正确与否时须进行多资料的综合考虑。 4.预期达到的目标： 明确 Fe3O4 复合磁性纳米粒子 的具体制备过程 弄清在复合磁性粒子 上进行表面修饰 的影响因素，优化出最佳条件。 四、论文详细工作进度和安排 (1)2010 年 9 月 2011 年 1 月：准备阶段 收集资料，查找国内外相关文献 培养研究思路 基于实际情况，拟定实验方
9、案 (2)2011 年 3 月 2011 年 4 月：实验阶段 以合成的 Fe3O4磁性微米或纳米粒子为载体，合成表面包覆聚合物的核 -壳结构磁性材料。针对不同种类食品添加剂的性质，在核 -壳结构磁性材料表面进行化学改性，并进一步优化制备条件，建立一套较完善的制备具有不同功能化固相萃取磁性粒子的方法 。 (3)2011 年 4 月 2011 年 5 月：检测阶段 通过磁性测量、 X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、红外光谱等技术对上述功能化磁性粒 子的磁性、结构形态、组成等进行表征 。 (4)2011 年 5 月 2011 年 6 月：论文的总结阶段。 总结归纳，进行数据分析处理，结合实验所得数据
10、，发表论文，并完成论文撰写。 五、主要参考文献 1 刘献明 .微纳米铁氧体和过渡金属氧化物的化学制备及磁性能研究，中国科学院研究生院博士学位论文，北京， 2006 年， 1 2 秦润华，姜炜，刘红缨等纳米磁性四氧化三铁的制备和表征 J材料导报 2003 年，17： 6668 3 马文哲，钱雪峰，印杰，等空心超顺磁性 Fe3O4纳米微球的制备与表征 J无机材料学报 2004 年， 19： 14071410 4 Liu J . F , Zhao Z . S , and Jiang G .B,Coating Fe3O4 Magnetic Nanoparticles with Humic Acid f
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