反铁磁GdFe2Si2化合物的磁性和低温磁热性能研究(英文)

基于磁性材料相变过程中伴随的磁热效应而发展起来的磁制冷技术因其绿色环保和高效节能等优点而被广泛关注.高性能磁制冷工质材料的探索一直是本领域的研究热点也是难点之一.本文中,我们通过实验研究结合第一性原理计算,对Gd Fe₂Si₂化合物的晶体结构、磁性、磁相变以及低温磁热效应进行了系统研究,结果表明Gd Fe₂Si₂化合物基态为反铁磁且具有大的低温可逆磁热效应.在0–7 T的磁场变化下,其磁制冷参数包括等温磁熵变最大值和制冷能力分别高达30.01 J kg^-1K^-1和328.45 J kg^-1.这些磁制冷参数优于大多数目前已报道的同温区高性能稀土基磁制冷材料,表明反铁磁Gd Fe₂Si₂化合物在低温磁制冷领域同样具有潜在的应用前景.     

磁性碳纳米管的制备及其在肿瘤细胞光热疗与磁共振成像中的应用

肿瘤是目前最主要的致死原因之一，实现对肿瘤的精准和非侵入性高效诊疗具有重要意义。以具有极高长径比、易于穿透细胞膜并具有优异生物相容性的碳纳米管(CNTs)作为载体，以乙酰丙酮铁为铁源，通过溶剂热法在其表面原位生长具有超顺磁特性的四氧化三铁纳米粒子(Fe₃O₄ NPs)，制备了具有优异水分散稳定性的磁性碳纳米管复合纳米材料。结果表明该磁性碳纳米管具有较高的近红外光热转换性能，在50μg·mL^-1浓度下808 nm激光照射10 min即可升温至48.6℃，且具有良好的光热稳定性。细胞及成像实验结果表明该复合纳米材料具有较好的生物相容性并对人宫颈癌细胞(HeLa)具有优异的光热杀伤效果，在体外模拟肿瘤微环境中磁共振成像(MRI) T₂弛豫率r₂可达215.61 mmol^-1·L·s^-1，表明制备的磁性碳纳米管具有出色的生物安全性、磁性和光热特性，有望用于磁靶向的肿瘤光热疗与磁共振成像的一体化诊疗。     

可磁分离Fe3O4/g-C3N4复合材料的制备及其性能

为了利用Fe₃O₄的磁响应性及石墨相C₃N₄（g-C₃N₄）优良的光催化活性,首先采用高温热聚合法,以尿素为前驱体制备g-C₃N₄,然后采用水热法合成了可磁分离Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料。利用TEM、XRD、TGA、BET和振动样品磁强计（VSM）等多种测试手段表征分析Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料的形貌、晶型结构、比表面积、成分、饱和磁化强度等。通过模拟太阳光下Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料光催化吸附降解亚甲基蓝（MB）的实验,评价了Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料的吸附性能及光催化性能。结果表明,可磁分离Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料具有较大的比表面积,约为71.89 m²/g;且具有较好的磁性,饱和磁化强度为18.79 emu/g,可实现复合材料的分离回收;光照240 min时,Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料对MB的去除率为56.54%。所制备的Fe₃O₄/g-C₃N₄复合材料具有优良的吸附性能、光催化活性和磁性,并可通过外加磁场进行分离与回收。     

纳米Fe3O4/聚苯胺复合粒子的制备及其在交变磁场下的发热性能

用水解沉淀法合成了纳米Fe₃O₄粒子,并在其悬浮液中原位包覆聚苯胺,制备出纳米Fe₃O₄/聚苯胺复合粒子。研究了两种纳米粒子在交变磁场下的发热性能,对它们在定向集热治疗肿瘤中的应用前景进行了评价。纳米Fe₃O₄粒子的粒径为10~30nm,表面包覆聚苯胺后,复合粒子的粒径为30~50nm。纳米Fe₃O₄粒子的比饱和磁化强度为50.05Am2/kg,矫顽力为10.9kA/m;纳米Fe₃O₄/聚苯胺复合粒子的比饱和磁化强度为26.34Am2/kg,矫顽力为0。在10mg/mL的生理盐水悬浮液中,在外加交变磁场作用30min后,纳米Fe₃O₄粒子悬浮液的温度为63.6℃,纳米Fe₃O₄/聚苯胺悬浮液的温度为52.4℃,二者均达到了医学上定向集热治疗肿瘤用热籽的发热要求,是很有应用前景的医用纳米材料。      

Fe3O4/GO/CeO2复合纳米材料的制备及其对水中亚甲基蓝吸附性能研究

首先通过溶剂热法制备Fe₃O₄纳米颗粒，再通过离子强度调控法制备磁性氧化石墨烯(Fe₃O₄/GO),最后用共沉淀法制得Fe₃O₄/GO/CeO₂复合纳米材料，并用扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、X射线衍射(XRD)等技术对其进行表征。结果表明：Fe₃O₄纳米颗粒与CeO₂纳米颗粒均匀地分散在GO上。研究了Fe₃O₄/GO/CeO₂复合纳米材料对亚甲基蓝染料的吸附性能，并考察了不同因素对吸附性能的影响。由于Fe₃O₄纳米颗粒有着磁性的性质，易回收分离，具有再生利用性能。吸附实验结果表明：Fe₃O₄/GO/CeO₂复合纳米材料循环5次后对亚甲基蓝的吸附率仍在95%以上。因此，Fe     

自组装法制备磺化聚苯乙烯@Fe3O4磁性复合颗粒及其磁性能

实现结构可控、均匀包覆是制备核-壳复合材料的关键。采用离子交换法完成了磺化聚苯乙烯(PSS)表面Na+与溶液中Fe2+和Fe3+的交换,于碱性条件下制备了PSS表面负载Fe₃O₄(PSS@Fe₃O₄)的磁性复合颗粒。通过称重法计算了Fe₃O₄最大包覆率;通过振动样品磁强计(VSM)测试了不同负载含量下PSS@Fe₃O₄复合颗粒的磁性能;通过XRD、衰减全反射-FTIR (ATR-FTIR)、SEM-EDS分析了PSS@Fe₃O₄磁性复合颗粒的化学组成和微观结构。结果表明,随着Fe2+/Fe3+浓度增加,PSS@Fe₃O₄磁性颗粒的饱和磁化强度也随之增大,最大饱和磁化强度为7.51 emu/g,并具有明显的磁响应性;Fe₃O₄均匀包覆在PSS表面,最大包覆率为8.3 wt%。PSS@Fe₃O₄磁性复合颗粒有望用于磁流变、医学及水处理领域。      

Fe3O4/PNIPAM纳米复合微球的制备

用化学共沉淀法制备Fe₃O₄磁性纳米粒子,以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）和偶氮二异丁腈（AIBN）为原料,用种子乳液聚合法制备了具有温敏性的Fe₃O₄/PNIPAM纳米复合微球。用红外光谱仪（FTIR）、透射电镜（TEM）、热重分析仪（TGA）及Zeta粒度仪（DTS）等手段对复合微球进行了表征,研究了单体（NIPAM）、交联剂（MBA）、乳化剂（SDBS）用量对复合微球粒径及磁含量的影响。结果表明:Fe₃O₄/PNIPAM纳米复合微球呈球形,具有温敏性,反应条件对复合微球的结构和形貌有较为显著的影响,其粒径和磁含量随着单体浓度的减少、交联剂和乳化剂用量的增加而变小。     

Fe3O4/高岭土磁性复合材料对Cu2+的吸附性能

为实现高岭土（Kaolin）在Cu²⁺废水处理中的实际应用,采用球磨方法制备了剥离Kaolin,并通过氧化沉淀法制备了Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料。通过激光粒度分析仪、SEM、XRD对Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料的形貌及组成进行表征,并通过测试Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料对Cu²⁺的饱和吸附量和磁分离回收率,确定了当Kaolin球磨4.0 h、掺量为3.0 g时所制备的Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料对Cu²⁺的吸附性能最佳,平衡吸附量为17.98 mg/g。磁滞回线结果表明,Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料具有较好的磁响应性,饱和磁化强度约为16.19 emu/g。此外,采用Langmuir和Freundlich吸附等温式对Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料的吸附数据进行拟合,结果表明,Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料对Cu²⁺的吸附行为基本符合Langmuir吸附等温模型和Freundlich吸附等温模型,既存在单分子层吸附,也存在多分子层吸附。     

旋甩快淬带ErCoSi的各向异性磁热效应

磁制冷技术的关键在于磁热效应材料的发展。具有各向异性磁热效应的新型磁制冷材料可以用于旋转磁制冷技术而被广泛研究。研究了ErCoSi旋甩快淬带化合物的磁性、磁热效应及磁各向异性。在T_c=5.5 K处发生了铁磁(FM)到顺磁(PM)的二级相变。通过分析5 m/s-ErCoSi快淬带在磁场//和⊥横截面的两个方向的等温磁化曲线、磁熵变和磁制冷能力可知,在μ₀H=0～5 T的磁场变化时,磁场//和⊥快淬带横截面的最大磁熵变值-ΔS_M分别为17.5 J·kg^-1 k^-1和12 J·kg^-1 k^-1;制冷能力分别可达230 J·kg^-1和120 J·kg^-1.表明5 m/s-ErCoSi快淬带具有大的磁热效应和明显的磁各向异性,有望实现旋转样品磁制冷技术.     

Fe3O4 纳米复合粒子研究

制备了酞菁镍(N iPc) 2Fe₃O₄ 纳米复合粒子, 研究了其化学稳定性和磁性能。结果表明,N iPc 在Fe₃O₄ 纳米粒子表面形成了复合层, 并且它们之间形成了一定程度的化学键。N iPc 复合层可有效地保护Fe₃O₄ 纳米粒子不被空气氧化, 显著提高了其抗氧化能力, 并降低了其矫顽力。      

Fe3O4@离子印迹聚(St-HPMA-DVB)复合材料的合成及其对水中高氯酸盐选择性吸附

采用超声协助悬浮聚合法以高氯酸根（ClO₄-）为模板制备了Fe₃O₄@离子印迹聚（苯乙烯-3-（2-氨基三乙基四胺）-2-甲基丙烯酸羟丙酯-二乙烯苯）（Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB））磁性复合材料,通过TEM、振动样品磁强计（VSM）、TGA、XRD、元素分析（EA）、FTIR等对其进行表征,考察了交联剂DVB用量对材料结构与性能的影响。结果表明:合成的Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB）磁性复合材料平均粒径为500~2 000 nm,随DVB用量的增加而增大;磁化强度为9.77~12.78 emu/g,随DVB用量的增加而减小;DVB的加入有利于Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB）磁性复合材料的离子印迹空腔的形成和稳定。考察了不同溶液pH值、ClO₄-的初始浓度、吸附时间等条件下Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB）吸附水中ClO₄-的性能,发现溶液pH值能显著影响Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB）磁性复合材料对ClO₄-的吸附效果,pH为3.0时效果最佳;不同DVB用量Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB）磁性复合材料对ClO₄-的吸附量和选择性有影响,当DVB用量为0.5 g时,Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB）磁性复合材料的吸附量和选择性最佳;吸附机制以离子交换和静电引力为主。等温吸附线符合Langmuir模型,Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB）磁性复合材料的饱和吸附量（q_m,c=76.9~111.1 mg/g）高于非离子印迹材料Fe₃O₄@非离子印迹聚（NIP）（St-HPMA-DVB）磁性复合材料（q_m,c=62.5 mg/g）。吸附过程可在10 min内达到平衡,符合准二级动力学模型;Fe₃O₄@ⅡP（St-HPMA-DVB）磁性复合材料能高选择性地有效吸附水中ClO₄-,对ClO₄-的印迹因子α为1.8,对几种常见共存离子的选择性因子β>5.8,是潜在的高选择性吸附和回收ClO₄-的功能材料。      

原位共沉淀法制备载药Fe3O4/壳聚糖磁性复合微球及其体外药物释放行为

以核黄素为药物模型,采用原位共沉淀法制备了一种载药Fe₃O₄/壳聚糖复合微球。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和振动磁强计（VSM）表征了复合微球的化学组成、外观形貌以及磁性能。结果表明,制备的载药Fe₃O₄/壳聚糖复合微球平均粒径约为40 nm且粒径均匀,平均磁响应时间为52 s,饱和磁化强度为3.313 2 A·m²·kg^-1。采用紫外/可见（UV/Vis）分光光度计考察了复合微球的药物包封率、载药量（质量分数）,并对微球在模拟胃液、模拟肠液、生理盐水、葡萄糖溶液和二次蒸馏水中的释药行为进行跟踪。结果表明,微球的载药量可达9.9%,药物包封率为70.8%,实验条件下在模拟肠液中具有显著的缓释效果,释放10 h药物累积释放16.06%,60 h达52.18%。     

Nd掺杂硅酸钙及其复合电纺丝膜的制备及性能研究

同时具有光热效应与组织修复活性的生物材料在再生医学领域具有潜在应用前景。考虑到稀土元素Nd的荧光发光与光热双重特性, 结合钙硅基(Ca-Si)生物材料优异的组织修复活性, 有可能制备多功能组织损伤修复材料。本研究通过在硅酸钙中引入Nd元素, 采用共沉淀方法及800 ℃以上煅烧, 成功制备了Nd-Ca-Si基生物陶瓷粉体(Nd/CS), 并评价了粉体的物相组成、光热和荧光性能; 进一步采用静电纺丝技术制备了陶瓷粉体/高分子复合膜, 并评价了其理化性能与生物学性能。结果显示, Nd/CS陶瓷粉体和复合膜不但具有优异的光热性能与荧光性能, 还具有较好的荧光测温性能。细胞实验证实复合膜具有优良的生物学性能。这种集光热治疗、荧光成像/荧光测温、生物活性功能于一体的Nd-Ca-Si基生物陶瓷及其复合材料有望应用于再生医学领域。     

M3O4(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体的简易制备及超电容性能研究

高熵氧化物以其独特的结构和潜在的应用前景引起了越来越多的关注。本工作采用简单易行的固相反应法制备了M₃O₄(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体, 采用不同手段对粉体进行表征, 并采用涂覆法制备了 M₃O₄/泡沫镍(M₃O₄/NF)复合电极, 研究其超电容性能。结果表明, 随着煅烧温度升高, Fe₂O₃(H)/Co₃O₄(S)/Cr₂O₃(E)和Mn₂O₃(B)相继固溶进入尖晶石主晶相晶格; 在900 ℃煅烧2 h所得M₃O₄粉体的平均粒径为0.69 μm, 具有单一尖晶石结构(面心立方, Fd-3m, a=0.8376 nm), 且Fe、Co、Cr、Mn和Mg五种元素在晶粒内均匀分布, 呈典型的高熵氧化物特征。此外, M₃O₄/NF复合电极在1 mol/L KOH的电解液中, 当电流密度为1 A·g^-1时, 其质量比电容达到193.7 F·g^-1, 可见M₃O₄高熵氧化物在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。     

Fe2O3对原位制备SiCw/SiC太阳能储热陶瓷的结构与性能的影响

为调控SiC_w/SiC复相陶瓷中原位生长SiC晶须的生长发育和形貌, 以提高SiC复相储热陶瓷的性能, 在CF0配方(SiC 69.31wt%, AlN 20.30wt%, Si 10.39wt%)的基础上添加0.5wt%~2.0wt% Fe₂O₃作为催化剂。研究了Fe₂O₃对晶须形貌、生长机制及SiC复相陶瓷结构与性能的影响。研究结果表明, 引入Fe₂O₃后晶须生长机制由气-固机理转变为气-液-固机理。Fe₂O₃添加量通过调节C元素在Fe-Si熔球中的溶解度, 与烧成温度共同调控晶须形貌。经1500 ℃烧成的CF4(2.0wt% Fe₂O₃)样品性能最佳, 晶须直径50~100 nm, 长度1~6 μm, 其体积密度、抗折强度、比热容分别为2.19 g/cm ³、45.08 MPa、0.95 J/(g·K) (25 ℃), 热导率达18.15 W/(m·K) (25 ℃), 相比于未添加Fe₂O₃的样品增加了169%。气-液-固机理生长的SiC晶须缺陷少、直径大, 可有效降低晶须-基体传输势垒, 具有更好的热学性能。     

Fe3O4-MWCNTs在环氧树脂中的定向排列

用共沉淀法制备了具有超顺磁性Fe₃O₄-MWCNTs（多壁碳纳米管）复合粒子,加入环氧树脂（EP）中,在0.6 T的弱定磁场下固化成型。采用TEM研究其定向程度及分散性,并进行动态热机械分析、差热分析和导热率测试。结果表明,MWCNTs表面包覆了磁性Fe₃O₄纳米粒子,Fe₃O₄-MWCNTs复合物按照首尾衔接的方式沿着磁场方向定向排列。Fe₃O₄-MWCNTs/EP纳米复合材料表现出明显的各向异性,垂直于Fe₃O₄-MWCNTs轴向导热率低于平行方向的导热率,Fe₃O₄-MWCNTs的加入对于平行方向的导热率影响不大。Fe₃O₄-MWCNTs的加入使环氧树脂的储能模量变小,损耗模量变大,损耗因子均大于纯环氧树脂,表现出良好的阻尼性能。当Fe₃O₄-MWCNTs与EP质量比为0.3%时,损耗因子在20 ℃的温域内大于0.7,最高值达到1.16。     

Fe/Fe_(3)C/Fe_(3)O_(4)@C磁性微球的制备及吸波性能研究EI北大核心CSCD

薄、轻、宽、强是人们对高效电磁波吸收材料的追求。用食品级柠檬酸铁与蔗糖经过水热反应,高温煅烧制备Fe/Fe_(3)C/Fe_(3)O_(4)@C磁性微球,并通过改变柠檬酸铁与蔗糖的摩尔比,探究柠檬酸铁的含量对复合材料吸波性能的影响,有效地调控电磁参数,从而优化阻抗匹配。实验结果表明,当柠檬酸铁与蔗糖的摩尔比为5∶3时,具有较好的吸波性能:当厚度为2.5 mm时,最小反射损耗为-50.17 dB,小于-10 dB的有效吸收频宽为3.52 GHz,优异的电磁波吸收性能主要得益于微球丰富的界面、孔状结构和Fe/Fe_(3)C/Fe_(3)O_(4)磁学性能的协同作用。     

低密度Fe3O4/中孔炭微球复合材料的可规模制备及吸波性能

采用喷雾干燥法制备出中孔炭微球(MCMSs), 进一步通过液相浸渍得到磁性Fe₃O₄/MCMSs纳米复合材料, 系统研究了复合材料的形貌结构和吸波性能。结果发现, Fe₃O₄/MCMSs复合材料具有优异的流动性和低密度(0.24~0.33 g/cm³)特征, 其中Fe₃O₄纳米颗粒高度分散在MCMSs中孔孔道内。复合材料具有较高的比表面积(548~735 m²/g), 可以促进多种介电弛豫的形成。在2~18 GHz范围内, 复合材料以介电损耗为主, 在12.6 GHz处具有最大反射率-25 dB, 小于-10 dB的带宽达4.7 GHz。复合材料优异的吸波性能可以归因于均相分布的Fe₃O₄纳米颗粒和中孔炭微球的协同作用, 在增大界面弛豫和电磁波散射的同时, 改善了阻抗匹配, 减少了电磁波在吸波层表面的反射。