磁光雙功能納米材料的研究進展

楊程博 于涵 林美娜 周澳 石廣森

1. 引言

近年來，隨著社會的進步和科學的發展，對納米材料的性能提出了更高的要求，單一的納米材料已經不能滿足人們的需求。現代材料發展的趨勢是將兩種或兩種以上單一材料合成為一種性能優良的復合材料，使之既包括單一組分的性能，又包括各組分協同作用產生的綜合性能，開創了材料設計方面的新局面。磁光雙功能納米材料是一種將磁性材料和發光材料結合為一體，同時具有磁性和發光性能的復合納米材料，是當今新材料領域的前沿研究課題。因其具有可控的結構和界面相互作用，從而表現出新的物理和化學性質，這些新穎的性質對未來的科技具有重要的應用價值與研究價值。磁光雙功能納米材料能夠進行熒光標記和磁性分離，不僅用外部磁場可以操縱，也可以用熒光成像技術即時觀察，與單一納米材料相比，具有更重要的應用價值。

2. 磁光雙功能納米顆粒的制備

目前，對磁光雙功能納米材料的研究主要是針對磁光雙功能納米顆粒的制備、性質以及應用等方面進行探索研究。作為具有廣泛發展前景的磁光雙功能納米材料，磁光雙功能納米顆粒不足以滿足未來更多、更新、更高的技術需求，難以滿足日益增長的應用需求，迫切需要制備具有新型結構的磁光雙功能納米材料[1]。

核殼結構的磁光雙功能納米材料常以發光物質作為殼層，這些發光物質多數為量子點，有機染料分子和稀土摻雜的無機材料。盡管有機染料廣泛應用于生物醫學領域，但其具有熒光壽命短、光致漂白、染料分子容易聚集、對細胞潛在毒性等缺點，使其實際應用受限。而半導體量子點固有的毒性和在水中穩定性差、容易聚集、生物相容性差等缺點而未能廣泛應用。稀土摻雜納米發光材料具有發光性能獨特，熒光壽命長、量子產率高、毒性低、光化學穩定性高等優點，使之成為生物標記的新類型材料。若將稀土摻雜納米發光材料作為磁光雙功能納米材料的殼層有助于改善量子點、有機染料分子等發光材料在實際應用過程中的不足之處，使磁光雙功能納米材料具有更加廣闊的應用前景。磁光雙功能納米材料多以Fe3O4、γ-Fe2O3等磁性物質作為核殼結構的核層[2]。Dr. Latif U. Khan等人[3]制備了Fe3O4@SiO2-Ag@Y2O3：Eu3+納米顆粒，研究發現，SiO2層可以有效提高樣品的熒光性能。Jia等人[4]制備了CoFe2O4/SiO2/Y2O3：Eu3+納米顆粒，實驗結果表明，SiO2層的存在有效地避免了磁性物質對發光物質熒光性能的影響，得到了同時具有良好磁性和發光性能的納米顆粒。

3. 磁光雙功能一維納米材料的制備

隨著科學技術的不斷發展，單一形貌的磁光雙功能納米顆粒很難滿足生物醫學等領域對磁光雙功能納米材料日益增長的需求和要求。因此，制備具有新穎形貌的磁光雙功能一維納米結構材料是亟待解決的問題。目前，磁光雙功能一維納米結構材料已有報道，主要是以Fe3O4顆粒、稀土配合物或者稀土氧化物納米顆粒為原料，高分子PVP或者PMMA為模板，采用靜電紡絲技術制備磁光雙功能一維納米材料。

Ma等人[5]采用靜電紡絲法制備了磁光雙功能柔性Janus納米帶，Janus結構實現了將磁性物質和發光物質有效分離，避免了磁性物質對發光性能的影響。陳[6]等人采用靜電紡絲法制備了釔鐵石榴石（YIG）納米纖維。在750℃下焙燒得到尺寸均勻的納米纖維，纖維直徑大約為100 nm。

4. 總結

磁光雙功能納米材料同時具有磁性和發光性能，將熒光標記和磁性分離合為一體，既可用外部磁場操縱，也可以用熒光成像技術進行即時觀察，在生物成像、熒光標記、生物測定、藥物傳輸、醫學診斷治療、生物標記、食品安全、環境監測等領域具有巨大應用前景。

參考文獻：

[1]Xuegang Yu， Yan Shan， Guicun Li， et al. Synthesis and characterization of bifunctional magnetic-optical Fe3O4@SiO2@Y2O3：Yb3+， Er3+ near-infrared-to-visible up-conversion nanoparticles. Journal of Materials Chemistry， 2011， 21： 8104-8109.

[2]Wankui Su， Mingyue He， Jun Xing， et al. Facile synthesis of porous bifunctional Fe3O4@Y2O3：Ln nanocomposites using carbonized ferrocene as templates. RSC Advances， 2013， 3： 25970-25975.

[3]Latif U. Khan， Luis F. M. Zambon， Jacinete L. Santos. Red-Emitting Magnetic Nanocomposites Assembled from Ag-Decorated Fe3O4@SiO2 and Y2O3：Eu3+： Impact of Iron Oxide/Silver Nanoparticles on Eu3+ Emission. Chemistryselect， 2018， 3： 1157-1167.

[4]Yanmin Jia， Zhihua Zhou， YongbinWei， et al. Enhanced photoluminescence of core–shell CoFe2O4/SiO2/Y2O3：Eu3+ composite by remanent magnetization. Smart Materials and Structures， 2013， 22： 125014-125020.

[5]Qianli Ma， Wensheng Yu， Xiangting Dong， et al. Janus Nanobelts： Fabrication， Structure and Enhanced Magnetic-Fluorescent Bifunctional Performance. Nanoscale， 2014， 6： 2945-2952.

[6]陳瑩瑩， 張溪文， 候建梅， 韓高榮. 靜電紡絲法制備釔鐵石榴石單晶納米纖維. 微細加工技術， 2008， 1， 35-39.

項目名稱：大學生創新創業訓練計劃項目，項目名稱（項目編號：202010191128）

作者簡介：楊程博，男，吉林建筑大學材料科學與工程學院本科生

吉林建筑大學材料科學與工程學院 吉林 長春 130118