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磁性纳米颗粒以其特殊的磁学性质,在生物医药技术领域有着广泛地应用。单分散性是衡量纳米颗粒优劣的一个重要指标,因为很多特性都与颗粒的尺寸有着密切的关系。本文针对如何改善磁性纳米颗粒单分散性这个问题,提出了磁分离的方法,并对磁分离的器件进行选择和改进,选择磁性纳米线阵列作为分离材料,对传统的磁分离装置进行改进,最后对多分散的纳米颗粒进行磁分离实验,并根据实验结果,对磁场强度、循环次数、被分离颗粒的性质这些可能对磁分离的效果产生影响的因素进行了分析研究。论文的主要工作如下:
1、首先对磁场中磁性纳米颗粒进行受力分析,然后根据磁力公式提出可能增大磁力的因素,包括提高磁场强度和提高磁场梯度的大小,根据分析得出,磁力的大小由磁场强度和磁场梯度共同决定,而且提高磁场强度并不能快速地提高磁力的大小,过高的磁场会造成磁性颗粒的团聚,不利于分离,因此选择通过提高磁场梯度从而提高磁力的大小。由磁场梯度产生的原理可知,越尖锐的磁性介质越容易产生高的磁场梯度,并且我们对不同长径比的磁棒经磁场磁化过后的磁力线分布进行模拟,由此得出较高的长径比的磁性材料有利于产生高的磁场梯度。考虑到目前的分离器件有向小型化、集成化发展的趋势,同时考虑到实验室的研究条件,我们提出了以磁性纳米线阵列作为分离器件的设想。
2、用模板—电沉积法制备磁性纳米线阵列,该方法具有工艺简单、合成出的纳米线固定于模板中,易于使用等优点。我们通过TEM对单根纳米线的尺寸和长径比进行了表征,发现纳米线的直径大约在30hm左右,长径比大于100。通过SEM对多孔阳极氧化铝模板进行了表征,发现Ni纳米线阵列垂直于模板生长,具有大面积的规整结构。用VSM对Ni纳米线阵列的磁学性质进行了研究,发现在沿着纳米线的长轴方向,该纳米线阵列的饱和磁化强度约为25mT。
3、用Ni纳米线阵列对磁性纳米颗粒进行分离实验的研究,结果发现不同的磁场强度、不同化学性质的磁性纳米颗粒和不同的分离次数对分离结果都会有影响,这种影响作用并不是简单的对应关系,因为磁分离的实现是多种因素共同作用的结果。