创新课程课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、聚合物基无机纳米复合材料结构聚合物基无机纳米复合材料结构设计和性能研究设计和性能研究-结课作业结课作业第1页主要内容1、引言2、研究进展3、制备方法4、应用及现实状况生物医用功效化磁性纳米粒子生物医用功效化磁性纳米粒子5、展望第2页引言引言随着科学技术发展,人类认知领域由宏观世界逐渐发展到微观世界,从而形成了一门新科学技术纳米科学技术。纳米科学技术包含纳米材料、纳米器件、纳米结构设计和加工组装、纳米机器以及对应检测表征技术和方法,所以“纳米”不但仅局限于狭义空间尺度上意义,而是一种全新思维方式和认识方法、研究伎俩和应用技术。将纳米材料应用于医学领域形成纳米生物医学就是由纳米科学、生物学和医学交
2、叉结合形成,这种结合尽管才十来年历史,但已取得了许多令人鼓舞成就,使得纳米生物医学技术己成为纳米科技领域最引人注目、最有生命力发展方向之一。其中,磁性纳米材料是近年来研究较多生物医学无机功能纳米材料。第3页制备方法制备方法干法干法共沉淀法共沉淀法溶胶溶胶-凝胶法凝胶法微乳液法微乳液法金属有机前金属有机前驱体体热分解法分解法水水热法法制备方法第4页干法干法常以铁配合物如五羰基合铁Fe(CO)5或二茂铁FeCP2为原料,在比较猛烈条件下,使原料分解制得产物。比如,以N2为载体,将Fe(CO)5,从蒸发室导入温度高达600燃烧室,同时喷入高流速空气,Fe(CO)5与空气快速混合发生猛烈氧化反应,产物
3、经骤冷、分离得到超细粒子。所得产物粒径为510 nm,比表面积150 m2/g、热稳定性和分散性良好无定型透明氧化铁。干法含有工艺流程短,产品质量高,粒子超细、均匀、分散性好等特点,但其技术难度大,对设备结构及材质要求高,一次性投资也大。第5页共沉淀法共沉淀法制备纳米Fe3O4因其操作简单,成本低廉,且能大规模生产等优点而被广泛采取。其反应原理为:Fe2+2Fe3+8OH-Fe3O4+4H2O通常是把Fe2+和Fe3+盐溶液以一定百分比混合后,用过量NH4OH或NaOH在惰性气氛、一定温度和PH值下高速搅拌进行沉淀反应,然后将沉淀洗涤、过滤、干燥,制得一定尺寸Fe3O4纳米粒子(以下列图所示)
4、。在共沉淀法制备纳米Fe3O4粒子过程中,纳米颗粒大小、形状和成分取决于使用铁盐类型(氯化物、硫酸盐或硝酸盐等)、Fe2+/Fe3+摩尔比率、反应温度、PH值和反应离子强度。图图 1-1 共沉淀法制备磁性纳米粒子示意图共沉淀法制备磁性纳米粒子示意图第6页溶胶-凝胶法溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)是日本科学家Sugimoto等于上世纪90年代发展起来一个液相制备单分散金属氧化物颗粒新工艺。其基本原理是:以高度浓缩金属醇盐凝胶为基质,经过对其溶解-再结晶(Sol-Gel过程)处理,生长出高度单分散金属氧化物颗粒。在40,强力搅拌下,将Fe(NO3)3溶于聚乙二醇中制得溶胶,升温继续反应转变为棕色
5、凝胶,老化2h后干燥,干凝胶在200400真空条件下退火处理即制备了不一样尺寸纳米Fe3O4粒子,退火处理温度越高,粒子尺寸越大,对应地,饱和磁化强度及矫顽力也增大。另外用此法进行-Fe2O3纳米粒子合成时,加入了环氧乙烷(ethyleneoxide,EO)取得理想效果,EO加入不但能与HCl反应,而且加速了FeCl3水解作用,使得反应能够在主反应方向进行,这个过程使用聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)作为稳定剂和粒子表面钝化剂,产物粒子几乎是单分散。该方法能够比较严格区分晶体结晶成核和生长两个阶段,防止晶粒在生长过程中大量聚沉现象,从而取得高度单分散纳米颗粒。第7页微乳
6、液法微乳液法是近年来发展起来一个制备纳米颗粒有效方法,它是由热力学稳定、透明水滴在油中(W/O)或油滴在水中(O/W)形成单分散体系,其微结构粒径为570nm,在微观结构方面可分为O/W型、双连续型和W/O(反相胶束)型3种,是表面活性剂分子在油/水界面形成有序组合体。微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油(通常为烃类)和水(或水溶液)组成。在此体系中,两种互不相溶连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器,其大小可控制在纳米级范围,反应物在体系中反应生成固相粒子。以FeCl2与表面活性剂十二烷基磺酸钠(sodiumdodecanesulphonate,SDS)反
7、应生成Fe(DS)2作为反应前体,经过控制SDS浓度和反应温度能够合成3.711.6nmFe3O4粒子。Gupta等在表面活性剂丁二酸-2-乙基己基磺酸钠(AOT)溶于正己烷中形成W/O反相微乳液体系,Fe2+和Fe3+盐溶于反相微液滴亲水核中,在N2存在下,加入NaOH得到直径较小(15nm)、高分散氧化铁磁性纳米粒子。第8页图1-2AOT/正己烷反相微乳液体系结构微乳法制备纳米粒子最大优点就是当纳米粒子合成后,体系能够马上为粒子提供表面活性剂,钝化粒子表面,不会发生纳米粒子团聚,使其分散性得到保障。其缺点也很显著,因为电解质加入会造成微乳液体系不稳定性,所以反应试剂浓度不可能很高,一次合成
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