修正磁化模型的多组分铁磁性颗粒运动研究

铁磁性颗粒因具有铁磁性被广泛应用于化工环保、生化工程和能源等各个领域,磁场具有的穿透性质,对于采用铁磁性颗粒的系统,可通过改变磁场控制系统内颗粒的运动状态.文章基于传统的磁化模型,采用相对参考系转换方法,提出了适用范围更广的修正P-E磁化模型,可以计算铁磁性颗粒在任意方向磁场作用下所受磁化力.通过有限体积法(FVM)与离散单元法(DEM)耦合进行数值模拟,验证了修正P-E磁化模型的精确性,并模拟多组分颗粒在磁场中的运动,对比了铁磁性颗粒与惰性颗粒在不同配比及不同磁场条件下的运动特性,对颗粒分布、颗粒速度矢量和颗粒总能量变化3个方面进行分析.结果表明:在多组分颗粒系统中,铁磁性颗粒依旧保持成链特性,但成链速度与长度降低;随着铁磁性颗粒占比提高,铁磁性颗粒初始能量增大,聚链数量与成链长度将有所增加,约束惰性颗粒能力增强;此外,施加水平与竖直方向磁场时,多组分颗粒系统达到稳定速度最快,可以通过增大铁磁性颗粒占比有效提升稳定速度,使系统更快趋于稳定;而施加含有倾角的磁场时,随着铁磁性颗粒占比升高,铁磁性颗粒达到稳定状态需要的时间逐渐降低,较难通过改变铁磁性颗粒占比缩短稳定所需时间.

AlCuFe纳米颗粒对钕铁硼磁性及抗腐蚀性的影响

为了提升烧结NdFeB的磁性能和耐腐蚀性,采用晶界掺杂Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)纳米颗粒方法制备了高性能烧结NdFeB磁体,利用电化学工作站研究了掺杂磁体在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)纳米颗粒的掺杂可在磁体中形成低熔点相,提高晶界与主相的润湿性,抑制硬磁相之间的磁耦合,增强磁体的磁性能。当Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)纳米颗粒的质量分数为0.4%时,磁体的磁性最大,矫顽力为978.1 kA/m,最大磁能积为270.3 kJ/m^(3),剩磁为1.208 T。与未掺杂磁体相比,掺杂0.4%Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)纳米颗粒后磁体的腐蚀电位从-0.8816 V增至-0.7040 V,腐蚀电流密度从78.2929μA/cm^(2)减至33.2229μA/cm^(2),且高频容抗弧半径远大于未掺杂磁体,因而磁体的耐腐蚀性得到有效提升。

小粒径Fe_(3)O_(4)-DMSA-PEI磁性纳米颗粒的制备及其基因负载能力研究

四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))磁性纳米颗粒因其制备简单,在外加磁场作用下具有靶向性,并且表面易接枝等特性,可作为被动靶向载体应用于基因治疗领域。本研究采用溶剂热法制备纳米颗粒,并调控堆积生长时间,制得粒径在4~9 nm范围内可控的油相Fe_(3)O_(4)纳米颗粒;使用内消旋-2,3-二巯基丁二酸(DMSA)二次取代其表面的油酸分子,使其具备良好的水相分散性;通过酰胺化反应在其表面接枝支链型聚乙烯亚胺(PEI),最终得到Fe_(3)O_(4)-DMSA-PEI磁性纳米颗粒。研究发现,Fe_(3)O_(4)-DMSA-PEI磁性纳米颗粒的表面Zeta电位高达(52.50±1.94)mV,具有一定的超顺磁性(14.48 emu/g,1 emu/g=1 A·m^(2)/kg)。磁性纳米颗粒与质粒DNA的质量比为15:1时可完全阻滞DNA在凝胶上的电泳,装载量高达6.67%。本研究制备的Fe_(3)O_(4)-DMSA-PEI磁性纳米颗粒具有一定的基因负载能力,有望作为基因载体应用于基因转染领域。

铁基软磁颗粒包覆工艺及磁性能研究

本文通过湿化学法在铁硅铬合金粉末颗粒表面包覆一层磷酸盐无机包覆层,采用扫描电镜和交流测量装置,检测粉末形貌和样品磁性能。结果表明:热处理温度400℃时,新的无机包覆涂层未发生分解,仍在铁硅铬合金粉末颗粒表面均匀分布;随着频率的提高磁损耗不断增加,含硅量6.5%(质量分数)的样品磁损耗较含硅量3.5%(质量分数)的低,电阻率为190Ω·cm,因此,FeSi6.5Cr磁环样品综合性能良好。

Fe_(3)O_(4)磁性纳米颗粒的修饰及在肿瘤治疗中的应用

综述了对四氧化三铁磁性纳米颗粒(Fe_(3)O_(4)-MNPs)的功能化修饰以及其在肿瘤治疗中的应用。重点阐述了无机纳米粒子和有机聚合物对Fe_(3)O_(4)-MNPs的修饰,以提升磁性纳米材料的稳定性、分散性及生物相容性;以及Fe_(3)O_(4)-MNPs在治疗中作为药物载体、磁热疗、磁共振成像、光动力疗法以及多功能肿瘤治疗体系的应用等。讨论了Fe_(3)O_(4)-MNPs在应用过程中可能存在的问题并对未来的发展进行了展望。Fe_(3)O_(4)-MNPs的大小、形状和剂量将会是评估的首要指标,在治疗应用过程中的细胞毒性问题或将成为关键难题。通过寻求新的修饰材料,合成多功能、成本低以及应用方便地Fe_(3)O_(4)-MNPs是今后主要的研究热点。

基于“种子-生长”的液相法制备的CoFe_(2)O_(4)纳米颗粒及磁性能

依据不同的应用需求,实现纳米材料颗粒尺寸和形状的可控制备一直是材料制备领域研究的重点。为了研究CoFe_(2)O_(4)纳米颗粒尺寸和形状对于磁性能的影响,本文分别通过传统的液相法和基于“种子-生长”的液相法制备出了不同颗粒尺寸和形状的CoFe_(2)O_(4)纳米颗粒并研究其磁性能。结果表明:CoFe_(2)O_(4)颗粒的尺寸和形状变化会影响纳米颗粒的分散性和矫顽力。其中,通过“种子-生长”的液相法制备的六边形CoFe_(2)O_(4)纳米颗粒的矫顽力在室温下可达383Oe,80K时高达13105Oe。

铁磁性颗粒辅助微波加热分解南海神狐海域天然气水合物实验研究

南海北部陆坡神狐海域是中国天然气水合物首次试采区,90%以上的水合物储存在泥质粉砂地层中。为实现天然气水合物的高效开发,必须提高泥质粉砂中天然气水合物的平均产气速率和能量效率比。笔者以泥质粉砂作为水合物合成基底,对合成的甲烷水合物开展了微波加热分解实验,研究了加入不同种类铁磁性颗粒对甲烷水合物分解的影响规律。试验结果表明,在平均产气速率和能量效率比方面,加入铁钴合金粉末的实验组表现最佳,相较空白组提高22.66%。加入纳米钡铁氧体颗粒对反应前期分解效率具有显著促进作用,纳米颗粒的小粒径和大比表面积有助于其均匀分布,优化了润湿性和表面张力,降低了“贾敏效应”。经Avrami模型分析表明,铁磁性颗粒对微波分解水合物具有良好的促进作用,其中纳米钡铁氧体效果最显著。

磁流变胶中磁性颗粒的运动仿真分析

为了深入了解磁流变胶中磁性颗粒在外加磁场下形成磁链的过程,通过对磁性颗粒进行动力学分析,得出磁性颗粒的运动学模型,并通过COMSOL有限元分析软件对磁性颗粒进行磁场、固体力学、流场的多物理场耦合分析。得出磁性颗粒在磁化后会产生吸引域与排斥域,会与其他颗粒进行吸引与排斥运动,从而形成磁链。在相同外加磁场强度作用下,两个磁性颗粒之间的初始分布位置会影响其接触的时间,在0°~60°角度内,角度越大,接触的时间越长,当分布角度为90°时,两个磁性颗粒会发生排斥。

磁性纳米颗粒质量检测方法研究

提出一种基于亥姆霍兹线圈和TMR磁传感器的磁性纳米颗粒质量检测方法和装置,在匀强磁场下使用TMR磁传感器对不同质量的磁性纳米颗粒弱磁响应信号进行检测,分析磁响应信号随质量变化的趋势并绘制标准化曲线。结果表明:磁性纳米颗粒弱磁响应信号同质量之间呈正相关函数关系。所提方法和装置为进一步研究磁性纳米颗粒用于免疫分析和单分子检测以获取其他相关信息提供了理论基础,具有良好的应用前景。

CoO纳米颗粒的制备及磁性研究

用聚乙烯醇溶胶 凝胶法制备出氧化钴 (CoO)纳米颗粒。分析了胶体浓度、热处理温度和时间对制备CoO纳米颗粒工艺的影响。用X射线衍射仪和透射电子显微镜对样品的形貌、结构和物相进行了测试 ,用振动样品磁强计初步探讨了CoO纳米颗粒在室温下的磁性。结果发现胶体浓度为 2∶1时有利于形成CoO纳米颗粒 ,在氢气环境下对干胶进行煅烧时生成CoO纳米颗粒的温度范围在 2 2 5～ 3 5 0℃之间。CoO纳米颗粒的结构为NaCl结构。在较低温度下烧结干胶时发现颗粒尺寸随着热处理时间的增加变化不大。用此方法制备的CoO纳米颗粒直径最小约为 12nm。

磁性FeNi@C/Cu纳米颗粒制备及除油应用

为了处理港口码头薄油膜污染,在氩/氢气氛下利用电弧法制备Fe0.64Ni0.36为主相的合金纳米产物,采用水热法和高温碳化法制备碳包覆的核壳磁性FeNi@C/Cu复合纳米颗粒.对合金粒子以及碳包覆后的复合纳米颗粒进行表征及性能检测.结果表明:FeNi合金纳米粒子呈球状,500℃下制得的粒子饱和磁化强度最高,可以达到101.09 A·m2/kg,比常温下制备的粒子提升16.0%.利用FeNi@C/Cu复合纳米颗粒对煤油、柴油与机油的除油能力分别为3.18、3.43和3.46 g/g,表明FeNi@C/Cu复合纳米颗粒具有良好除油性能.

二级颗粒粒径对颗粒级配软磁粉芯磁性能的影响

依据颗粒级配理论,选用不同粒径的二级铁硅铝颗粒与一级铁硅铝颗粒和三级羰基铁粉颗粒按固定比例进行混合,制备了一系列级配软磁粉芯,研究了二级颗粒粒径对级配粉芯密度、体电阻率、有效磁导率、直流偏置性能以及损耗等物理性能的影响。结果表明,不同粒径的二级颗粒主要通过改变粉芯的孔隙率和调节各级颗粒在粉芯内的分布状态两个途径对粉芯的磁性能产生影响。前者直接影响粉芯密度,而后者主要影响粉芯电阻率。选择适当的二级颗粒粒径有助于同步提高密度和体电阻率,从而有效降低结构退磁场和涡流,促进粉芯磁性能的改善。本研究为颗粒级配在软磁粉芯领域的应用提供了可能的借鉴,为软磁粉芯性能的提高提供了新的思路。

聚乙二醇修饰的可控温磁性纳米颗粒制备与表征研究

目的磁性纳米颗粒(MNPs)是当前重要的肿瘤诊断与治疗载体平台,可在交变磁场作用下产生热效应,从而杀死肿瘤细胞。调节MNPs的居里温度,可提高其在肿瘤磁感应热疗中的安全性。方法用水热法合成可控温的Zn_(0.54)Co_(0.46)Cr_(0.6)Fe_(1.4)O_(4),用相对分子质量为20000的聚乙二醇(PEG)修饰包被。用透射电子显微镜(TEM)观测MNPs的大小、形貌、分散性等,X射线衍射仪(XRD)表征其晶体结构,振动样品磁强仪(VSM)测试磁性特性。用CCK-8检测修饰和未修饰的MNPs对正常人肝外胆管上皮细胞(HEBEpiC)的毒性作用。结果TEM结果显示,PEG修饰前Zn_(0.54)Co_(0.46)Cr_(0.6)Fe_(1.4)O_(4)存在明显的聚集现象;PEG修饰后,Zn_(0.54)Co_(0.46)Cr_(0.6)Fe_(1.4)O_(4)@PEG20000呈现基本均一的类球形态,分散性提高。XRD结果显示,MNPs含有Zn^(2+)、Co^(2+)、Cr^(3+)和Fe^(3+),并具有与CoFe_(2)O_(4)相同的特征衍射峰,表明其具有立方尖晶石结构。VSM结果表明,MNPs呈现良好的超顺磁性。细胞毒性结果表明,两组MNPs均未对HEBEpiC细胞产生显著的毒性作用。相比未修饰组,PEG修饰组的细胞活力略高于未修饰组。结论PEG修饰可以显著改善可控温MNPs Zn_(0.54)Co_(0.46)Cr_(0.6)Fe_(1.4)O_(4)的分散性、磁热特性和细胞毒性。修饰后的Zn_(0.54)Co_(0.46)Cr_(0.6)Fe_(1.4)O_(4)@PEG20000可用于药物递送、诊断和治疗等。

乙烯砜功能化磁性颗粒的制备及在棕榈酰化肽分析中的应用

以乙烯砜修饰的磁性颗粒作为磁性固相萃取(MSPE)平台的载体,与基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱或液相色谱-高分辨质谱技术联合,实现了对复杂样品中低丰度棕榈酰化肽的分离富集.通过场发射扫描电子显微镜、红外光谱、振动样品磁强计、 X射线衍射和Zeta电位测定等手段对合成的功能化磁性材料进行了表征.用自合成的棕榈酰化的棕榈酰辅酶A模拟棕榈酰化肽标准样品,在最优实验条件下,构建的MSPE-MS平台能够实现对棕榈酰化肽的高选择性(牛血清白蛋白酶解物与棕榈酰化肽的摩尔比为2000∶1)和高灵敏度(检出限为1.0 fmol/μL)检测.研究结果表明,经乙烯砜功能化的磁性材料对小鼠肝细胞裂解液中低含量的棕榈酰化肽具有较高的选择性,所建立的方法适用于复杂样品的分离分析.

磁性纳米颗粒在法医学痕量分析中的应用进展

鉴于法医学痕量分析中生物样本的复杂性以及目标物的痕量性,需要一种简单有效的方法从复杂基质中获得足量的目标物。磁性纳米颗粒(magnetic nanoparticle,MNP)凭借其独特的超顺磁性、稳定的物理化学性质、生物相容性、尺寸小、较高的比表面积等特性,已在生物医药、药物递送和药物分离等多个研究领域显现出广泛的应用价值。为了将MNP应用于法医检材的前处理,最大程度地增加目标物的提取率,尽可能减少干扰因素以满足目标物痕量分析要求,本文综述了近年来MNP在法医毒物分析、环境法医学、痕量物证分析和刑事侦查领域的应用进展,为MNP在法医学痕量分析中的应用提供研究思路。

基于磁性纳米颗粒伏马菌素B双探针竞争ELISA检测方法的建立

建立一种基于磁性纳米颗粒能同时检测样品中伏马菌素B_(1)(fumonisin B_(1),FB_(1))、FB_(2)和FB_(3)总量的双探针竞争酶联免疫吸附实验(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)检测方法。采用通过活化酯法制备磁性纳米颗粒-FB_(1)捕获探针,利用改良过碘酸钠法合成McAb-HRP探针,对检测步骤进行优化,确定最佳反应条件。所建立检测方法对FB_(1)和FBs的检测范围分别为0.07~1.98 ng/mL和0.10~9.86 ng/mL。在玉米样品中加标回收率范围为86.2%~105.1%。所建立方法检测结果与液相色谱-串联质谱检测结果的相关系数(R^(2))为0.9966。双探针竞争ELISA检测法检测速度快、准确性高、重复性好,为玉米中伏FBs的快速筛选提供了新方法。

磁性Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的生物合成及其在提高采收率中的应用

纳米Fe_(3)O_(4)具有独特的性质,如超顺磁性、尺寸小和低毒性,且易在外磁场下分离,近几年来在石油开发领域受到广泛的关注。本文综述了磁性Fe_(3)O_(4)纳米颗粒(NPs)的生物合成及其在提高采收率(EOR)的应用,首先介绍了微生物、植物提取液和动物合成磁铁矿:微生物的合成主要包括两个过程,一是对金属离子的吸附,二是还原矿化作用;植物提取液的合成依赖水溶性的一些代谢物,如多酚、生物碱和柠檬酸等的作用;动物体中也发现了磁铁矿,可以感应地磁场从而判断方向。然后阐述了Fe_(3)O_(4)NPs的EOR机理和应用:Fe_(3)O_(4)NPs可以将油滴包裹形成稳定的乳液,降低界面张力,改变润湿性,通过增加驱替流体的黏度和降低重油的黏度来提高波及效率以及楔形结构产生分离压力。在此作用下,总结了磁性Fe_(3)O_(4)在EOR方面的应用。

磁性纳米颗粒表面功能化修饰及其在污水处理中的应用进展

磁性纳米颗粒具有高比表面积、高表面能和高磁响应等特性,其作为磁性吸附剂载体在污水处理中有着巨大的应用潜力,但目前的制备工艺及成本尚难以达到污水处理工业化应用要求。在总结磁性纳米吸附材料改性方法的基础上,综述了功能化磁性纳米颗粒在去除含重金属、有机污染物、无机污染物等污水中的应用研究进展,并对未来的磁性纳米吸附材料研究方向提出了若干建议。

Zn_(0.3)Fe_(2.7)O_(4)纳米颗粒可控合成及磁热性能研究

本文采用有机液相高温热分解方法,使用4-联苯羧酸作为表面活性剂,通过改变升温速率制备出了八面体、十四面体和星形3种形貌的Zn_(0.3)Fe_(2.7)O_(4)纳米颗粒,实现纳米颗粒形貌生长的可控合成。利用反相微乳液法将纳米颗粒包覆不同壳厚的SiO_(2),将其转为水溶性,并研究了Zn_(0.3)Fe_(2.7)O_(4)@SiO_(2)复合纳米颗粒在交变磁场下的比损耗功率(SLP)。结果表明:纳米颗粒的产热能力在高磁场强度下随SiO_(2)壳厚的增加而降低,而在低磁场强度下随SiO_(2)壳厚的增加而增加;随着SiO_(2)厚度的增加,磁性纳米颗粒之间的偶极相互作用减弱,由此引起的各向异性随之减小,导致磁性纳米颗粒在高磁场强度与低磁场强度下SLP有不同的变化规律。

磁性微米二氧化硅和磁性微米聚苯乙烯微球的制备及表面功能化方法综述

磁性微米二氧化硅微球和磁性聚微米苯乙烯微球由于具备粒径可调控、表面富含官能团、易于磁性分离等优点,在生物医学、污水处理等领域发挥着重要作用,并且随着需求的提升,对微球的粒径等性能要求也越来越高。磁性二氧化硅微球和磁性聚苯乙烯微球由于其优良的性能受到了广泛地研究和关注,本文对磁性微米二氧化硅微米微球的制备、磁性微米聚苯乙烯微米微球的制备以及两种微球的表面功能化方法进行了综述,并介绍了利用微流控技术制备磁性微球新方法,微流控技术有望成为制备性能优良磁性微球的重要方法。