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氧化铁纳米材料,因其与晶体结构和组分相关的磁学性能,在许多领域表现出当前及潜在的重要应用,已经成为研究最多的纳米材料之一。目前,通过表面活性剂、卤素离子和离子液体对某些晶面的特异性吸附,人们已经能够可控制备出具有特定形貌的氧化铁纳米粒子。然而,对于粒子形貌和组分的同时调控,依然存在一定的困难。
本论文采用水热/溶剂热法,在一个反应体系中,通过对反应条件的调控,成功的合成出具有不同形貌和物相的氧化铁纳米粒子,并深入研究了它们的形成机理及其细胞相容性和磁学性能与晶体结构和组分的相关性。此外,还将所合成的氧化铁纳米粒子应用于磁共振成像(MRI)和肉球状金纳米结构的合成。主要研究结果如下:
1.采用水热/溶剂热法,通过前驱液的反应动力学与表面活性剂的共同作用,成功的实现了对氧化铁纳米晶体形貌和组分的可控合成,制备出Fe3O4纳米八面体、Fe3O4纳米棒、α-Fe2O3纳米线、Fe3O4纳米立方体和α-Fe2O3纳米片。
2.采用A549细胞对材料进行细胞相容性的研究表明:相对于α-Fe20O纳米片,Fe3O4纳米八面体、Fe3O4纳米棒、α-Fe2O3纳米线、Fe3O4纳米立方体可表现出更好的细胞相容性,α-Fe2O3纳米片的毒性结果与材料的尺寸和形貌有关。
3.磁学性质研究表明:相对α-Fe2O3,Fe3O4纳米材料具有更高的饱和磁化强度,其中,Fe3O4纳米棒在其垂直方向受到磁化的空间限制,所以其饱和磁化强度低于八面体和立方体状的Fe3O4纳米粒子;Fe3O4纳米八面体、Fe3O4纳米棒和α-Fe2O3纳米线具有较高的Hc值,这与它们形状各向异性有关。
4.作为T2造影剂应用于MRI时,Fe3O4纳米八面体和Fe3O4纳米棒的造影效果优于α-Fe2O3纳米线。
5.PEI修饰的Fe3O4纳米八面体,可诱导金纳米粒子在其表面成核,从而促进肉球状纳米金的形成。这种肉球状纳米金具有粗糙的表面,可作为SERS检测的活性基底。