磁光雙功能納米材料的研究進(jìn)展

楊程博 于涵 林美娜 周澳 石廣森

1. 引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，對(duì)納米材料的性能提出了更高的要求，單一的納米材料已經(jīng)不能滿足人們的需求。現(xiàn)代材料發(fā)展的趨勢(shì)是將兩種或兩種以上單一材料合成為一種性能優(yōu)良的復(fù)合材料，使之既包括單一組分的性能，又包括各組分協(xié)同作用產(chǎn)生的綜合性能，開(kāi)創(chuàng)了材料設(shè)計(jì)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(fā)光材料結(jié)合為一體，同時(shí)具有磁性和發(fā)光性能的復(fù)合納米材料，是當(dāng)今新材料領(lǐng)域的前沿研究課題。因其具有可控的結(jié)構(gòu)和界面相互作用，從而表現(xiàn)出新的物理和化學(xué)性質(zhì)，這些新穎的性質(zhì)對(duì)未來(lái)的科技具有重要的應(yīng)用價(jià)值與研究?jī)r(jià)值。磁光雙功能納米材料能夠進(jìn)行熒光標(biāo)記和磁性分離，不僅用外部磁場(chǎng)可以操縱，也可以用熒光成像技術(shù)即時(shí)觀察，與單一納米材料相比，具有更重要的應(yīng)用價(jià)值。

2. 磁光雙功能納米顆粒的制備

目前，對(duì)磁光雙功能納米材料的研究主要是針對(duì)磁光雙功能納米顆粒的制備、性質(zhì)以及應(yīng)用等方面進(jìn)行探索研究。作為具有廣泛發(fā)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(lái)更多、更新、更高的技術(shù)需求，難以滿足日益增長(zhǎng)的應(yīng)用需求，迫切需要制備具有新型結(jié)構(gòu)的磁光雙功能納米材料[1]。

核殼結(jié)構(gòu)的磁光雙功能納米材料常以發(fā)光物質(zhì)作為殼層，這些發(fā)光物質(zhì)多數(shù)為量子點(diǎn)，有機(jī)染料分子和稀土摻雜的無(wú)機(jī)材料。盡管有機(jī)染料廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，但其具有熒光壽命短、光致漂白、染料分子容易聚集、對(duì)細(xì)胞潛在毒性等缺點(diǎn)，使其實(shí)際應(yīng)用受限。而半導(dǎo)體量子點(diǎn)固有的毒性和在水中穩(wěn)定性差、容易聚集、生物相容性差等缺點(diǎn)而未能廣泛應(yīng)用。稀土摻雜納米發(fā)光材料具有發(fā)光性能獨(dú)特，熒光壽命長(zhǎng)、量子產(chǎn)率高、毒性低、光化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，使之成為生物標(biāo)記的新類型材料。若將稀土摻雜納米發(fā)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(diǎn)、有機(jī)染料分子等發(fā)光材料在實(shí)際應(yīng)用過(guò)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(yīng)用前景。磁光雙功能納米材料多以Fe3O4、γ-Fe2O3等磁性物質(zhì)作為核殼結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SiO2層的存在有效地避免了磁性物質(zhì)對(duì)發(fā)光物質(zhì)熒光性能的影響，得到了同時(shí)具有良好磁性和發(fā)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(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單一形貌的磁光雙功能納米顆粒很難滿足生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)Υ殴怆p功能納米材料日益增長(zhǎng)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(jié)構(gòu)材料是亟待解決的問(wèn)題。目前，磁光雙功能一維納米結(jié)構(gòu)材料已有報(bào)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(shù)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(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了將磁性物質(zhì)和發(fā)光物質(zhì)有效分離，避免了磁性物質(zhì)對(duì)發(fā)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(jié)

磁光雙功能納米材料同時(shí)具有磁性和發(fā)光性能，將熒光標(biāo)記和磁性分離合為一體，既可用外部磁場(chǎng)操縱，也可以用熒光成像技術(shù)進(jìn)行即時(shí)觀察，在生物成像、熒光標(biāo)記、生物測(cè)定、藥物傳輸、醫(yī)學(xué)診斷治療、生物標(biāo)記、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[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.

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[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(xì)加工技術(shù)， 2008， 1， 35-39.

項(xiàng)目名稱：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱（項(xiàng)目編號(hào)：202010191128）

作者簡(jiǎn)介：楊程博，男，吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院本科生

吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 吉林 長(zhǎng)春 130118