纳米氧化铝范文第1篇
二氧化钛(Tio2)，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。TiO2可制作成光催化剂，净化空气，消除车辆排放物中25%到45%的氮氧化物，可用于治理PM2.5悬浮颗粒物过高的空气污染。
自20世纪80年代以来，纳米TiO2由于强的吸收和散射紫外线性能，作为优良的紫外线屏蔽剂，用于防晒护肤品、纤维、涂料等领域。本文分别采用沉淀法和溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒，并对其形貌进行检测和分析。 关键词：二氧化钛 沉淀法 溶胶凝胶法 纳米 形貌 Abstract titanium dioxide(TiO2),usually used for photocatalyst、cosmetic，can disinfection and sterilization by ultraviolet light,now it developed widely,maybe become a new industry in the future.Tio2 can be made into photocatalyst,make the air clean,eliminate 25% to 45% oxynitride from vehicle emissions. Can be used for the treatment of PM2.5 particles of highair pollution. Since the 1980s,nanoTiO2 because it strong performance of Absorption and scattering of radiation,as a good ultraviolet screening agent, Used to prevent bask in skin care products, fiber, coating, etc. Precipitation method and sol gel method are used to synthesis fabricate TiO2 nano materials in the article, and test and analyze the morphology of production. Key words:TiO2
Precipitation method sol gel method nanometer morphology
第一章 绪论 1.1 引言
纳米 TiO2在结构、光电和化学性质等方而有许多优异性能，能够把光能转化为电能和化学能，使在通常情况下难于实现或不能实现的反应(水的分解)能够在温和的条件下(不需要高温高压)顺利的进行。纳米 TiO2具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在能源、环保、建材 、医疗卫生等领域 有重要应用 前景 ，是 一种重要的功能材料。 1.2 二氧化钛的结构
TiO2在自然界中主要存在三种晶体结构：锐钛矿型(图1a)、金红石型(图1b)和板钛矿型，而金红石型和锐钛矿型都具有催化活性。锐钛矿型TiO2为四方晶系，其中每个八面体与周围8个八面体相连接(4个共边，4个共顶角)，4个TiO2分子组成一个晶胞。金红石型TiO2也为四方晶系，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为6个氧原子，每个八面体与周围10个八面体相联(其中有两个共边，八个共顶角)，两个TiO2分子组成一个晶胞，其八面体畸变程度较锐钛矿要小，对称性不如锐钛矿相，其Ti–Ti键长较锐钛矿小，而Ti-O键长较锐钛矿型大。板钛矿型TiO2为斜方晶系，6个TiO2分子组成一个晶胞。
1.3二氧化钛的应用
1.3.1基于半导体性质和电学特性的应用领域
TiO2是一种多功能性的化工材料，基于其电磁和半导体性能，在电子工业中有
广泛应用，基于其介电性制造高档温度补偿陶瓷电容器、以及热敏、温敏、光敏、压敏、气敏、湿敏等敏感元件。
TiO2气敏元件可用来检测多种气体，包括H
2、Co等可燃性气体和O2。TiO2气敏元件可用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气中O2含量，可以控制和减少汽车尾气中的CO和NOx的污染，同时提高汽车发动机效率。 1.3.2基于紫外屏蔽特性和可见光透明性的应用领域 1.3.2.1防日晒化妆品
纳米TiO2，无毒、无味，对皮肤无刺激，无致癌危险性，使用安全可靠;对UVA和UVB都有很好的屏蔽作用，且可透过可见光;稳定性好，吸收紫外线后不分解、不变色。因此被广泛用于防晒霜、粉底霜、口红、防晒摩丝等。 1.3.2.2食品包装材料
紫外线易使食品氧化变质，破坏食品中的维生素，降低营养价值。用含0.1~0.5%纳米TiO2的透明塑料薄膜包装食品，既具透明性，又防紫外线。不仅能从外面看清食品，而且能使食品长时间保存不变质。 1.3.2.3透明外用耐久性涂料和特种涂料
当纳米TiO2用于涂料并达到纳米级的分散时，可作为优良的罩光漆，由于其可见光透明性和紫外光屏蔽特性，因而可大大增加其保光、保色及抗老化(耐候性)性能。这种涂料可用于汽车、建筑、木器、家具、文物保护等领域。利用其吸收远红外和抗远红外探测的性能，制造特种涂料用于隐形飞机、隐形军舰等国防工业中。
1.3.3基于光催化性质的应用领域 1.3.3.1光催化合成
利用纳米TiO2优良的光催化活性，在化学工业中可光催化合成NH3，苯乙烯的环氧化等。这方面的工作还处于研究阶段，尚未工业应用。 1.3.3.2在能源领域的应用
利用纳米TiO2的光催化活性，可做成太阳能电池(光电池)将太阳能转变为电能。还可以光催化分解水制氢(氢是一种最清洁、无污染，又便于利用的新能源)，将太阳能转变成化学能。目前的问题是光利用率和产率太低，需继续研究解决。
1.3.3.3在环保领域的应用
这是最有希望、最有前途的一个领域。纳米TiO2作为光催化剂，在环保领域中的应用是当前研究的一个重点和热门课题。利用它治理污染，具有能耗低，操作简便，反应条件温和，无二次污染等优点。纳米TiO2用于废气处理，可使工业废气脱硝、脱硫和使CO转化为无害的N
2、CO
2、H2O等，可制造环保用废气转换器。
1.3.4基于颜色效应的应用领域
将纳米TiO2与闪光铝粉和云母钛珠光颜料拼配使用制成的涂料具有随角异色效应，作为金属闪光面漆涂装在小汽车上，将产生富丽雅致的效果。这是纳米TiO2最重要，最有前途的应用领域之一。 1.3.5基于表面超双亲性和表面超疏水性的应用
利用玻璃基体上的纳米TiO2涂膜在紫外光照射下具有表面水油超亲合性，可使表面附着的水滴迅速扩散展开成均匀的水膜，从而防雾、防露，维持高度的透明性，不会影响视线，制成建筑物窗玻璃、车辆挡风玻璃、后视镜、浴室镜子、眼镜镜片，测量仪器的玻璃罩等，能保证车辆交通安全和各种用途玻璃的能见度。
又在氟树脂中加入纳米TiO2后，其表面与水的接触角可达160度，显示出超疏水特性，就如同荷叶上的水珠一样，可使之具有防雪、防水滴、防污等特性，从而在某些领域中具有特殊用途。 1.4合成制备纳米二氧化钛的方法
近年来，伴随着全球环境污染日益严重，纳米半导体光催化剂材料一直是材料学和光催化学研究的热点。 目前 ，比较简单的半导体光催化剂有TiO
2、SnO
2、Fe2O
3、MoO
3、WO
3、PbS、ZnS、ZnO 和CdS 等 ，纳米TiO2因其具有性质稳定、抗光腐蚀性强、耐酸碱腐蚀性强、原料丰富等优点。
目前，制备纳米TiO2粉体的方法有很多，按照所需粉体的形状、结构、尺寸、晶型、用途选用不同的制备方法。根据粉体制备原理的不同，这些方法可分为物理法、化学法和综合法。无论采用何种方法，制备的纳米粉体都应满足以下条件： 表面光洁;粒子的形状及粒径、粒度分布可控;粒子不易团聚;易于收集;热稳 定性好;产率高。
1.4.1物理法
物理法是最早采用的纳米材料制备方法，其方法是采用高能消耗的方式，“强制”材料“细化”得到纳米材料。物理法的优点是产品纯度高。 1.4.1.1气相蒸发沉积法
此法制备纳米TiO2粉体的过程为: 将金属Ti 置于钨舟中，在( 2 ～ 10) × 102 Pa 的He 气氛下加热蒸发，从过饱和蒸汽中凝固的细小颗粒被收集到液氮冷却套管上，然后向反应室注入5 ×103 Pa 的纯氧，使颗粒迅速、完全氧化成TiO2 粉体。利用该方法制备的TiO2纳米粉体是双峰分布，粉体颗粒大小为14 nm。 1.4.1.2蒸发-凝聚法
此法是将将平均粒径为3μm的工业TiO2轴向注入功率为60 kW的高频等离子炉Ar-O2混合等离子矩中，在大约10 000 K的高温下，粗粒子TiO2汽化蒸发，进入冷凝膨胀罐中降压，急冷得到10～50 nm的纳米TiO2。 1.4.2化学法
化学法可以根据反应物的物态，将其划分为液相化学反应法、气相化学反应法和固相反应法。此类方法制造的纳米粉体产量大，粒子直径可控，也可得到纳米管和纳米晶须，同时，该法能方便地对粒子表面进行碳、硅和有机物包覆或修饰处理，使粒子尺寸细小且均匀，性能更加稳定。 1.4.2.1液相化学反应法
该方法是生产各种氧化物微粒的主要方法，是指在均相溶液中，通过各种方式溶质和溶剂分离，溶质形成形状、大小一定的颗粒，得到所需粉末的前驱体，加热分解后得到纳米颗粒的方法。液相化学法制备纳米TiO2又分为溶胶-凝胶法、水解法、沉淀法、微乳液法等。
溶胶-凝胶法( Sol - gel 法) 是以钛醇盐为原料，在无水乙醇溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经干燥、烧结处理即可得到纳米TiO2粒子。此法制得的产品纯度高、颗粒细、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。
水解法是以TiCl4( 化学纯) 作为前驱体，在冰水浴下强力搅拌，将一定量的TiCl4滴入蒸馏水中，将溶有硫酸铵和浓盐酸的水溶液滴加到所得的TiCl4水溶 5
液中搅拌，混合过程中温度控制在15 ℃，此时，TiCl4的浓度为1.1 mol /L，Ti4 + /H+ = 15，Ti4 + /SO2 -4 = 1 /2。将混合物升温至95 ℃并保温1 h 后，加入浓氨水，pH 值为6 左右，冷却至室温，陈化12 h 过滤，用蒸馏水洗去Cl-后，用酒精洗涤3次，过滤，室温条件下将沉淀真空干燥，或将真空干燥后的粉体于不同温度下煅烧，得到不同形貌的TiO2粉体。利用该方法制备的TiO2粉体，粒径仅为7 nm，且晶粒大小均匀。在制备过程中探讨了煅烧温度对粉体的影响，水解反应机理、水解温度对结晶态的影响，硫酸根离子对粉体性能的影响等问题。
沉淀法是向金属盐溶液中加入某种沉淀剂，通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地析出，从而使金属离子共沉淀下来，再经过过滤、洗涤、干燥、焙烧而得到粒度小分布窄、团聚少的纳米材料。赵旭等采用均相沉淀法，以尿素为沉淀剂，控制反应液钛离子浓度、稀硫酸及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的用量，制备的粒子为20 ～ 30 μm 球型TiO2粒子，该粒子晶体粒径在纳米范围内5 ～ 208 nm。
微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米微粒的有效方法。微乳液是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相制备纳米材料的方法。乳液法可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内形成一个球形颗粒，避免了颗粒之间进一步团聚。 1.4.2.2 气相化学反应法
气相热解法。该方法是在真空或惰性气氛下用各种高温源将反应区加热到所需温度，然后导入气体反应物或将反应物溶液以喷雾法导入，溶液在高温条件下挥发后发生热分解反应，生成氧化物。1992 年日本Tohokuoniuemi - tu 采用高频感应喷雾热解法以钛氯化物( 如TiCl4) 为原料制备得到四方晶系纳米TiO2 粉末。
气相水解法。日本曹达公司和出光产公司制备纳米氧化钛采用的技术方法主要是以氮气、氦气或空气等作载体的条件下，把钛醇盐蒸汽和水蒸气分别导入反应器的反应区，在有效反应区内进行瞬间混合，同时快速完成水解反应，以反应温度来调节并控制纳米TiO2的粒径和粒子形状。此制备工艺可获得平均 6
粒径为10 ～ 150 nm，比表面积为50 ～ 300 m2 /g 的非晶型纳米TiO2。该工艺的特点是操作温度较低，能耗小，对材质纯度要求不是很高，并在工业化生产方面容易实现续化生产。其主要化学反应为：
nTi( OR)4( g) + 4nH2O( g) →nTi( OH)4( S) + 4nROH( g)
nTi( OH)4( S) →nTiO2·H2O( s) + nH2O( g)
nTiO2·H2O( s) →nTiO2( s) + nH2O( g) 1.4.3综合法 1.4.3.1 激光CVD 法
该方法集合了物理法和化学法的优点，在80 年代由美国的Haggery 提出，目前，J David Casey 用激光CVD 法已合成出了具有颗粒粒径小、不团聚、粒1.4.3.2 等离子CVD 法
该方法是利用等离子体产生的超高温激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到纳米颗粒。该方法有两个特点:
( 1) 产生等离子时没有引入杂质，因此生成的纳米粒子纯度较高; ( 2) 等离子体所处空间大，气体流速慢，致使反应物在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热和反应。 1.5本课题研究的目的和意义
如上所述，纳米二氧化钛以其特殊的性能和广阔的发展前景引起科学家们的广泛关注。以其独特的表面效应、小尺寸效 应、量子尺寸效应和宏观量子效应等性质,而呈现出许多奇异的物理、化学性质,使其在众多领域具有特别重要的应用价值和广阔的发展前景。纳米二氧化钛是20世纪80年代末发展起来的一种新型无机化工材料，它具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能，纳米TiO2是当前应用前景最为广泛的一种纳米材料, 具有很强的吸收紫外线能力, 奇特的颜色效应, 较好的热稳定性, 化学稳定性和优良的光学、电学及力学等方面的特性。其中锐钛矿型具有较高的催化效率, 金红石型结构稳定且具有较强的覆盖力、着色力和紫外线吸收能力。因而倍受国内外研究学者的关注。
纳米TiO2具有许多优异的性能，不仅具有优异的颜料特性——高遮盖率、高消 7
色力、高光泽度、高白度和强的耐候性外，还具有特殊的力学、光、电、磁功能;更具有高透明性、紫外线吸收能力以及光催化活性、随角异色效应。特别是随着环境污染的日益严重，纳米TiO2高效的光催化降解污染物的能力而成为当前最为活跃的研究热点之一。而其独特的颜色效应、光催化作用及紫外线屏蔽等功能，在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、环保等方面一经面世就备受青睐。
今年来随着各种技术的发展，纳米TiO2已应用在多种领域中，但由于其在环境治理中有其独特的优点，所以其在环保领域会更有大发展。
众所周知，二氧化钛的组成结构、尺寸大小和形貌特征等因素对其性质影响较大，实现二氧化钛的应用不仅需要充分发挥其本征性质，还可以通过尺寸和形貌控制对其性质进行调控。本文主要是研究使用不同制备方法，在不同条件下制备不同形貌的纳米二氧化钛。 第二章 原材料及表征 2.1试剂及仪器 2.1.1主要试剂
本实验中，所使用的主要试剂如表2.1所示
所有试剂均未经进一步的处理，实验所用水为蒸馏。 2.1.2主要实验仪器
表2.2所示是本实验中所用主要仪器设备及测试所用的大型仪器。 2.2样品的表征
扫描电子显微镜的基本结构如图2.1所示，扫描电子显微镜以炽热灯丝所发射的电子为光源，灯丝发射的电子束在通过栅极之后，聚焦成电子束。在加速电压作用下，通过三个电磁透镜组成的电子光学系统，之后汇聚成直径约几十个埃的电子束照射到被观测样品表面。电子束与样品作用，产生不同的电子其其他射线，如二次电子、背散射电子、透射电子、吸收电子及X射线等。这些信号在经收集器吸收后，传输到放大器，经放大器放大，送至显像管，显示出样品的形貌。在扫描电子显微镜表征样品表面形貌时，用来成像的信号主要是二次电子，所谓二次电子，就是指电子束光源与样品作用，样品中的价电子受激发而脱离出来的电子。本实验中，采用中国科仪公司的KYKY-2800B型的扫描 8
电子显微镜对对样品的表面形貌进行表征，扫描电子显微镜的加速电压为20KV。
纳米氧化铝范文第2篇
二氧化钛(Tio2)，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。TiO2可制作成光催化剂，净化空气，消除车辆排放物中25%到45%的氮氧化物，可用于治理PM2.5悬浮颗粒物过高的空气污染。
自20世纪80年代以来，纳米TiO2由于强的吸收和散射紫外线性能，作为优良的紫外线屏蔽剂，用于防晒护肤品、纤维、涂料等领域。本文分别采用沉淀法和溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒，并对其形貌进行检测和分析。 关键词：二氧化钛 沉淀法 溶胶凝胶法 纳米 形貌 Abstract titanium dioxide(TiO2),usually used for photocatalyst、cosmetic，can disinfection and sterilization by ultraviolet light,now it developed widely,maybe become a new industry in the future.Tio2 can be made into photocatalyst,make the air clean,eliminate 25% to 45% oxynitride from vehicle emissions. Can be used for the treatment of PM2.5 particles of highair pollution. Since the 1980s,nanoTiO2 because it strong performance of Absorption and scattering of radiation,as a good ultraviolet screening agent, Used to prevent bask in skin care products, fiber, coating, etc. Precipitation method and sol gel method are used to synthesis fabricate TiO2 nano materials in the article, and test and analyze the morphology of production. Key words:TiO2
Precipitation method sol gel method nanometer morphology
第一章 绪论 1.1 引言
纳米 TiO2在结构、光电和化学性质等方而有许多优异性能，能够把光能转化为电能和化学能，使在通常情况下难于实现或不能实现的反应(水的分解)能够在温和的条件下(不需要高温高压)顺利的进行。纳米 TiO2具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在能源、环保、建材 、医疗卫生等领域 有重要应用 前景 ，是 一种重要的功能材料。 1.2 二氧化钛的结构
TiO2在自然界中主要存在三种晶体结构：锐钛矿型(图1a)、金红石型(图1b)和板钛矿型，而金红石型和锐钛矿型都具有催化活性。锐钛矿型TiO2为四方晶系，其中每个八面体与周围8个八面体相连接(4个共边，4个共顶角)，4个TiO2分子组成一个晶胞。金红石型TiO2也为四方晶系，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为6个氧原子，每个八面体与周围10个八面体相联(其中有两个共边，八个共顶角)，两个TiO2分子组成一个晶胞，其八面体畸变程度较锐钛矿要小，对称性不如锐钛矿相，其Ti–Ti键长较锐钛矿小，而Ti-O键长较锐钛矿型大。板钛矿型TiO2为斜方晶系，6个TiO2分子组成一个晶胞。
1.3二氧化钛的应用
1.3.1基于半导体性质和电学特性的应用领域
TiO2是一种多功能性的化工材料，基于其电磁和半导体性能，在电子工业中有
广泛应用，基于其介电性制造高档温度补偿陶瓷电容器、以及热敏、温敏、光敏、压敏、气敏、湿敏等敏感元件。
TiO2气敏元件可用来检测多种气体，包括H
2、Co等可燃性气体和O2。TiO2气敏元件可用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气中O2含量，可以控制和减少汽车尾气中的CO和NOx的污染，同时提高汽车发动机效率。 1.3.2基于紫外屏蔽特性和可见光透明性的应用领域 1.3.2.1防日晒化妆品
纳米TiO2，无毒、无味，对皮肤无刺激，无致癌危险性，使用安全可靠;对UVA和UVB都有很好的屏蔽作用，且可透过可见光;稳定性好，吸收紫外线后不分解、不变色。因此被广泛用于防晒霜、粉底霜、口红、防晒摩丝等。 1.3.2.2食品包装材料
紫外线易使食品氧化变质，破坏食品中的维生素，降低营养价值。用含0.1~0.5%纳米TiO2的透明塑料薄膜包装食品，既具透明性，又防紫外线。不仅能从外面看清食品，而且能使食品长时间保存不变质。 1.3.2.3透明外用耐久性涂料和特种涂料
当纳米TiO2用于涂料并达到纳米级的分散时，可作为优良的罩光漆，由于其可见光透明性和紫外光屏蔽特性，因而可大大增加其保光、保色及抗老化(耐候性)性能。这种涂料可用于汽车、建筑、木器、家具、文物保护等领域。利用其吸收远红外和抗远红外探测的性能，制造特种涂料用于隐形飞机、隐形军舰等国防工业中。
1.3.3基于光催化性质的应用领域 1.3.3.1光催化合成
利用纳米TiO2优良的光催化活性，在化学工业中可光催化合成NH3，苯乙烯的环氧化等。这方面的工作还处于研究阶段，尚未工业应用。 1.3.3.2在能源领域的应用
利用纳米TiO2的光催化活性，可做成太阳能电池(光电池)将太阳能转变为电能。还可以光催化分解水制氢(氢是一种最清洁、无污染，又便于利用的新能源)，将太阳能转变成化学能。目前的问题是光利用率和产率太低，需继续研究解决。
1.3.3.3在环保领域的应用
这是最有希望、最有前途的一个领域。纳米TiO2作为光催化剂，在环保领域中的应用是当前研究的一个重点和热门课题。利用它治理污染，具有能耗低，操作简便，反应条件温和，无二次污染等优点。纳米TiO2用于废气处理，可使工业废气脱硝、脱硫和使CO转化为无害的N
2、CO
2、H2O等，可制造环保用废气转换器。
1.3.4基于颜色效应的应用领域
将纳米TiO2与闪光铝粉和云母钛珠光颜料拼配使用制成的涂料具有随角异色效应，作为金属闪光面漆涂装在小汽车上，将产生富丽雅致的效果。这是纳米TiO2最重要，最有前途的应用领域之一。 1.3.5基于表面超双亲性和表面超疏水性的应用
利用玻璃基体上的纳米TiO2涂膜在紫外光照射下具有表面水油超亲合性，可使表面附着的水滴迅速扩散展开成均匀的水膜，从而防雾、防露，维持高度的透明性，不会影响视线，制成建筑物窗玻璃、车辆挡风玻璃、后视镜、浴室镜子、眼镜镜片，测量仪器的玻璃罩等，能保证车辆交通安全和各种用途玻璃的能见度。
又在氟树脂中加入纳米TiO2后，其表面与水的接触角可达160度，显示出超疏水特性，就如同荷叶上的水珠一样，可使之具有防雪、防水滴、防污等特性，从而在某些领域中具有特殊用途。 1.4合成制备纳米二氧化钛的方法
近年来，伴随着全球环境污染日益严重，纳米半导体光催化剂材料一直是材料学和光催化学研究的热点。 目前 ，比较简单的半导体光催化剂有TiO
2、SnO
2、Fe2O
3、MoO
3、WO
3、PbS、ZnS、ZnO 和CdS 等 ，纳米TiO2因其具有性质稳定、抗光腐蚀性强、耐酸碱腐蚀性强、原料丰富等优点。
目前，制备纳米TiO2粉体的方法有很多，按照所需粉体的形状、结构、尺寸、晶型、用途选用不同的制备方法。根据粉体制备原理的不同，这些方法可分为物理法、化学法和综合法。无论采用何种方法，制备的纳米粉体都应满足以下条件： 表面光洁;粒子的形状及粒径、粒度分布可控;粒子不易团聚;易于收集;热稳 定性好;产率高。
1.4.1物理法
物理法是最早采用的纳米材料制备方法，其方法是采用高能消耗的方式，“强制”材料“细化”得到纳米材料。物理法的优点是产品纯度高。 1.4.1.1气相蒸发沉积法
此法制备纳米TiO2粉体的过程为: 将金属Ti 置于钨舟中，在( 2 ～ 10) × 102 Pa 的He 气氛下加热蒸发，从过饱和蒸汽中凝固的细小颗粒被收集到液氮冷却套管上，然后向反应室注入5 ×103 Pa 的纯氧，使颗粒迅速、完全氧化成TiO2 粉体。利用该方法制备的TiO2纳米粉体是双峰分布，粉体颗粒大小为14 nm。 1.4.1.2蒸发-凝聚法
此法是将将平均粒径为3μm的工业TiO2轴向注入功率为60 kW的高频等离子炉Ar-O2混合等离子矩中，在大约10 000 K的高温下，粗粒子TiO2汽化蒸发，进入冷凝膨胀罐中降压，急冷得到10～50 nm的纳米TiO2。 1.4.2化学法
化学法可以根据反应物的物态，将其划分为液相化学反应法、气相化学反应法和固相反应法。此类方法制造的纳米粉体产量大，粒子直径可控，也可得到纳米管和纳米晶须，同时，该法能方便地对粒子表面进行碳、硅和有机物包覆或修饰处理，使粒子尺寸细小且均匀，性能更加稳定。 1.4.2.1液相化学反应法
该方法是生产各种氧化物微粒的主要方法，是指在均相溶液中，通过各种方式溶质和溶剂分离，溶质形成形状、大小一定的颗粒，得到所需粉末的前驱体，加热分解后得到纳米颗粒的方法。液相化学法制备纳米TiO2又分为溶胶-凝胶法、水解法、沉淀法、微乳液法等。
溶胶-凝胶法( Sol - gel 法) 是以钛醇盐为原料，在无水乙醇溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经干燥、烧结处理即可得到纳米TiO2粒子。此法制得的产品纯度高、颗粒细、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。
水解法是以TiCl4( 化学纯) 作为前驱体，在冰水浴下强力搅拌，将一定量的TiCl4滴入蒸馏水中，将溶有硫酸铵和浓盐酸的水溶液滴加到所得的TiCl4水溶 5
液中搅拌，混合过程中温度控制在15 ℃，此时，TiCl4的浓度为1.1 mol /L，Ti4 + /H+ = 15，Ti4 + /SO2 -4 = 1 /2。将混合物升温至95 ℃并保温1 h 后，加入浓氨水，pH 值为6 左右，冷却至室温，陈化12 h 过滤，用蒸馏水洗去Cl-后，用酒精洗涤3次，过滤，室温条件下将沉淀真空干燥，或将真空干燥后的粉体于不同温度下煅烧，得到不同形貌的TiO2粉体。利用该方法制备的TiO2粉体，粒径仅为7 nm，且晶粒大小均匀。在制备过程中探讨了煅烧温度对粉体的影响，水解反应机理、水解温度对结晶态的影响，硫酸根离子对粉体性能的影响等问题。
沉淀法是向金属盐溶液中加入某种沉淀剂，通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地析出，从而使金属离子共沉淀下来，再经过过滤、洗涤、干燥、焙烧而得到粒度小分布窄、团聚少的纳米材料。赵旭等采用均相沉淀法，以尿素为沉淀剂，控制反应液钛离子浓度、稀硫酸及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的用量，制备的粒子为20 ～ 30 μm 球型TiO2粒子，该粒子晶体粒径在纳米范围内5 ～ 208 nm。
微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米微粒的有效方法。微乳液是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相制备纳米材料的方法。乳液法可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内形成一个球形颗粒，避免了颗粒之间进一步团聚。 1.4.2.2 气相化学反应法
气相热解法。该方法是在真空或惰性气氛下用各种高温源将反应区加热到所需温度，然后导入气体反应物或将反应物溶液以喷雾法导入，溶液在高温条件下挥发后发生热分解反应，生成氧化物。1992 年日本Tohokuoniuemi - tu 采用高频感应喷雾热解法以钛氯化物( 如TiCl4) 为原料制备得到四方晶系纳米TiO2 粉末。
气相水解法。日本曹达公司和出光产公司制备纳米氧化钛采用的技术方法主要是以氮气、氦气或空气等作载体的条件下，把钛醇盐蒸汽和水蒸气分别导入反应器的反应区，在有效反应区内进行瞬间混合，同时快速完成水解反应，以反应温度来调节并控制纳米TiO2的粒径和粒子形状。此制备工艺可获得平均 6
粒径为10 ～ 150 nm，比表面积为50 ～ 300 m2 /g 的非晶型纳米TiO2。该工艺的特点是操作温度较低，能耗小，对材质纯度要求不是很高，并在工业化生产方面容易实现续化生产。其主要化学反应为：
nTi( OR)4( g) + 4nH2O( g) →nTi( OH)4( S) + 4nROH( g)
nTi( OH)4( S) →nTiO2·H2O( s) + nH2O( g)
nTiO2·H2O( s) →nTiO2( s) + nH2O( g) 1.4.3综合法 1.4.3.1 激光CVD 法
该方法集合了物理法和化学法的优点，在80 年代由美国的Haggery 提出，目前，J David Casey 用激光CVD 法已合成出了具有颗粒粒径小、不团聚、粒1.4.3.2 等离子CVD 法
该方法是利用等离子体产生的超高温激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到纳米颗粒。该方法有两个特点:
( 1) 产生等离子时没有引入杂质，因此生成的纳米粒子纯度较高; ( 2) 等离子体所处空间大，气体流速慢，致使反应物在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热和反应。 1.5本课题研究的目的和意义
如上所述，纳米二氧化钛以其特殊的性能和广阔的发展前景引起科学家们的广泛关注。以其独特的表面效应、小尺寸效 应、量子尺寸效应和宏观量子效应等性质,而呈现出许多奇异的物理、化学性质,使其在众多领域具有特别重要的应用价值和广阔的发展前景。纳米二氧化钛是20世纪80年代末发展起来的一种新型无机化工材料，它具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能，纳米TiO2是当前应用前景最为广泛的一种纳米材料, 具有很强的吸收紫外线能力, 奇特的颜色效应, 较好的热稳定性, 化学稳定性和优良的光学、电学及力学等方面的特性。其中锐钛矿型具有较高的催化效率, 金红石型结构稳定且具有较强的覆盖力、着色力和紫外线吸收能力。因而倍受国内外研究学者的关注。
纳米TiO2具有许多优异的性能，不仅具有优异的颜料特性——高遮盖率、高消 7
色力、高光泽度、高白度和强的耐候性外，还具有特殊的力学、光、电、磁功能;更具有高透明性、紫外线吸收能力以及光催化活性、随角异色效应。特别是随着环境污染的日益严重，纳米TiO2高效的光催化降解污染物的能力而成为当前最为活跃的研究热点之一。而其独特的颜色效应、光催化作用及紫外线屏蔽等功能，在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、环保等方面一经面世就备受青睐。
今年来随着各种技术的发展，纳米TiO2已应用在多种领域中，但由于其在环境治理中有其独特的优点，所以其在环保领域会更有大发展。
众所周知，二氧化钛的组成结构、尺寸大小和形貌特征等因素对其性质影响较大，实现二氧化钛的应用不仅需要充分发挥其本征性质，还可以通过尺寸和形貌控制对其性质进行调控。本文主要是研究使用不同制备方法，在不同条件下制备不同形貌的纳米二氧化钛。 第二章 原材料及表征 2.1试剂及仪器 2.1.1主要试剂
本实验中，所使用的主要试剂如表2.1所示
所有试剂均未经进一步的处理，实验所用水为蒸馏。 2.1.2主要实验仪器
表2.2所示是本实验中所用主要仪器设备及测试所用的大型仪器。 2.2样品的表征
扫描电子显微镜的基本结构如图2.1所示，扫描电子显微镜以炽热灯丝所发射的电子为光源，灯丝发射的电子束在通过栅极之后，聚焦成电子束。在加速电压作用下，通过三个电磁透镜组成的电子光学系统，之后汇聚成直径约几十个埃的电子束照射到被观测样品表面。电子束与样品作用，产生不同的电子其其他射线，如二次电子、背散射电子、透射电子、吸收电子及X射线等。这些信号在经收集器吸收后，传输到放大器，经放大器放大，送至显像管，显示出样品的形貌。在扫描电子显微镜表征样品表面形貌时，用来成像的信号主要是二次电子，所谓二次电子，就是指电子束光源与样品作用，样品中的价电子受激发而脱离出来的电子。本实验中，采用中国科仪公司的KYKY-2800B型的扫描 8
电子显微镜对对样品的表面形貌进行表征，扫描电子显微镜的加速电压为20KV。
纳米氧化铝范文第3篇
1 氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子的实验制备
1.1主要材料:氢氧化钠 (Na OH) 、无水乙醇、二水氯化铜 (Cu Cl2·2H2O) 、PEG、硝酸银 (Ag NO3) 以及去离子水等等[1]。
1.2制备步骤:
(1) 利用PEG去离子水溶液溶解二水氯化铜 (Cu Cl2 ·2H2O) , 然后将所得到的缓和溶液放置到超声清洗器中, 在超声环境下, 使二水氯化铜 (Cu Cl2·2H2O) 均匀分散。
(2) 取一只干净的烧杯, 倒入PEG去离子水溶液, 接下来加入氢氧化钠 (Na OH) , 并且置于超声清洗器中, 使氢氧化钠 (Na OH) 在超声环境下得以均匀分散。
(3) 将 (1) 和 (2) 处理所得的溶液混合, 再次利用超声清洗器进行处理;之后加入过量的酒精 (CH3CH2OH) , 静置12 小时后, 利用去离子水和无水乙醇对生成物进行轮番清洗[2]。
(4) 经清洗处理之后, 利用硝酸银 (Ag NO3) 进行滴定, 使氯离子被完全去除。接下来再对生成物进行离心处理。
(5) 经离心处理之后, 将所得产物放置于95 摄氏度的恒温条件下静置12小时。接下来将生成物研磨成粉末状, 并且置于400 摄氏度的高温环境下进行煅烧处理, 最后得到氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子[3]。
2 结果
(1) [Cu2+]/[OH~]的影响
经本次实验研究可知, 当[Cu2+]/[OH~]等于0.34的时候, 电镜下氧化铜 (Cu O ) 是呈现为类球形或者球形, 并且具有非常好的分散性。但是不足的是, 氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子的大小不够均匀, 直径范围在20 纳米至100 纳米之间。当[Cu2 +]/[OH~]等于0.39 的时候, 氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子的直径范围在10 纳米至150纳米之间;当[Cu2+]/[OH~]等于0.47的时候, 氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子的直径范围在20纳米至200纳米之间[4]。
对比三种不同[Cu2+]/[OH~]所制备得到的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子发现:当氢氧化钠 (Na OH) 的剂量升高时, 随配比也会升高, 并促使样品由菱形逐渐向球形转化。虽然氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子的分散性也会得到一定程度的改善, 但是氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子的直径大小还是存在一定差异。当[Cu2+]/[OH~]等于0.34 的时候, 样品短径 (40±10) 纳米, 长径 (100±50) 纳米, 呈球形颗粒状。当[Cu2+]/[OH~]等于0.47的时候, 样品短径 (20±10) 纳米, 长径 (200±50) 纳米, 呈不规则颗粒状。从上述数据可知, 不同配比的反应物, 制备所得的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子直径大小也不相同, 产物的性质也不相同[5]。
(2) PEG模板的影响
在利用PEG800 模板进行实验制备的时候, 所得到的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子大小不均匀, 直径大小在100纳米至20纳米之间;并且颗粒之间紧密相连, 以聚体的形式存在, 其分散性非常差。在利用PEG200 模板和PEG400 模板进行实验制备的时候, 由于法宁速度较慢, 因此, 所得到的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子大小十分均匀。在PEG200 模板和PEG400 模板下制备被所得到的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子, 不仅颗粒均匀, 而且还具有非常严密的结构, 即使在超声震荡的环境下, 也无法将颗粒间的团聚打破。由此可知, 在不同PEG模板下, 制备所得的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子性质也不相同[6]。
3 讨论
在浓度较低的溶液中, 由于PEG分子具有一定的舒展性, 因此, 会有较长的PEG线状模板形成。晶体将会在PEG线状模板上得到生长, 所得产物会形成类似于线状的结构。在本次研究中, 笔者以氢氧化钠 (Na OH) 和二水氯化铜 (Cu Cl2·2H2O) 作为原料, 并且利用溶液反应制备氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子。经研究发现, 在制备过程中, 氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子的形态会受到多种因素的影响, 比如[Cu2+]/[OH~]以及PEG模板因素等。在不同[Cu2+]/[OH~]情况下, 所得到的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子, 其分散性以及形态存在一定的差异。通过对比[Cu2 +]/[OH~]等于0.39、0.34以及0.47状态下所得的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子, 发现当[Cu2+]/[OH~]等于0.34 的时候, 制备所得的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子, 其分散性最好。在不同的PEG模板下, 制备所得到的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子也存在一定差异性。通过对比PEG800模板、PEG400模板以及PEG800模板下所得到的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子, 发现在PEG200模板和PEG400模板下制备所得到的氧化铜 (Cu O ) 纳米粒子, 不仅大小均匀, 而且还具有非常严密的结构。
摘要：相对于常规的材料而言, 纳米材料有着非常多的优点, 使得纳米材料被称为21世纪最具有应用前景的材料。由于纳米氧化铜具有高释放、低分解温度以及低熔融温度等特点, 使其成为了目前最理想的氧化剂材料。在本次研究中, 笔者以氢氧化钠 (NaOH) 和二水氯化铜 (CuCl2·2H2O) 作为原料, 采用溶液反应的方法来制备氧化铜 (CuO) 纳米粒子, 并对其表征进行分析, 以期望能够为氧化铜 (CuO) 纳米粒子的制备提供参考。
关键词：氧化铜,纳米粒子,制备,表征
参考文献
[1] 张念椿, 胡建强.铜/银合金纳米粒子的制备及表征[J].贵金属, 2014, 02:18~21.
[2] 刘明泉, 朱永恒, 朱志刚.纳米氧化铜制备及其应用研究进展[J].中国陶瓷, 2014, 08:1~3.
[3] 逯亚飞, 王成, 叶明富, 许立信, 孔祥荣, 万梅秀, 诸荣孙.Cu O纳米材料的制备及应用研究进展[J].应用化工, 2014, 10:1884~1890.
[4] 杨明庆, 贺军辉.纳米结构氧化铜修饰的石英晶体微天平用于氰化氢气体传感的研究进展[J].科学通报, 2014, 32:3144~3155.
[5] 郭欣, 许頔, 项民, 刁鹏.铜纳米粒子的电化学制备及其氧化物的光电催化分解水性能[J].工程科学学报, 2015, 06:739~745.
纳米氧化铝范文第4篇
【摘 要】本实验采用“特殊液相沉淀法”，以四氯化钛、氨水为试剂，以吐温80和十二烷基苯磺酸钠为模板剂，制备了介孔纳米TiO2，并通过TEM等手段对其进行表征。实验中研究了模板剂种类、模板剂加入比例等因素对样品介孔结构的影响。在本实验条件下，制备的粉体均为介孔TiO2。在模板剂与粉体按着1：2比例混合时得到的材料的孔径最为均匀，大小一致，排列有序。
【关键词】特殊液相沉淀法;二氧化钛;模板剂;介孔材料
纳米TiO2是一种优良的半导体材料，具有价廉无毒、稳定性好、耐磨损性好、无二次污染、适用范围广、可重复回收利用、氧化能力强、使用寿命长、化学稳定性好等优点。但在现实生活中有很多局限性难以解决。直到1992年Mobile等研究人员成功合成出介孔材料之后，纳米二氧化钛被赋予了一种更加权威的面纱——介孔纳米二氧化钛。介孔材料因具有长程有序的孔道结构、一定范围孔径大小且连续可调、具有大比表面积和孔隙率以及表面易于改性等优良性质不仅解决了单纯二氧化钛的不足，超越了纳米二氧化钛，更加广泛的应用在催化、光催化、太阳能电池、传感器、和光电转换等领域，并在分离及光吸附、电、磁等领域表现出了很好的应用前景。
1.实验部分
1.1实验仪器及药品
仪器：PHICTPS--EM420型透射电镜。上海申生科技有限公司W201-S恒温浴锅;沈阳市工业电炉厂制造KSY--12型电炉。
药品：四氯化钛，分析纯，广东汕头西陇化工厂。氨水，优级纯，质量分数27%，北京化工厂。无水乙醇，优级纯，含量99.8% 北京化工厂。吐温80，分析纯，北京化工厂。十二烷基苯磺酸钠，分析纯，北京化工厂。正戊醇，分析纯，北京化工厂。去离子水，自制。
1.2实验步骤
1.2.1纳米二氧化钛粉体的制备
按计算结果准确量取一定体积的四氯化钛溶液，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL和适量的去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得A液待用;然后在室温下准确量取一定量氨水，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得B液待用;打开自制反应器，同时快速将A液、B液倒入其中，通过调节二者流量，一直保持反应液PH=9;静置反应生成的沉淀10min，然后倒入布氏漏斗中，用去离子水过滤至上层清液中无氯离子为止;将沉淀移至旋转蒸发器中，进行共沸蒸馏直至成粉末;最后放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到纳米TiO2。
1.2.2介孔纳米二氧化钛的制备
将纳米 粉体与模板剂吐温80按照质量比1：1、2：1、3：1、1：3、1：2的比例，通过电子天平量取10g TiO2粉体和所需吐温80质量。纳米 粉体研磨后与吐温80混合搅拌，过滤干燥后，放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到介孔纳米TiO2。接下来，将模板剂吐温80更换为十二烷基苯磺酸钠，将纳米粉体TiO2粉体与十二烷基苯磺酸钠同样按照质量比1：1、2：1、3：1、1：3、1：2的比例，通过电子天平量取10g粉体，通过比例计算并量取十二烷基苯磺酸钠，与纳米TiO2粉体研磨后混合搅拌，过滤干燥，放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到介孔纳米TiO2。
2.结果与分析
2.1 纳米TiO2的TEM图
图1为纳米TiO2粉体的TEM图，可以看出TiO2粉体粒子粒径分布范围都较窄且大小均匀，平均粒径为20-30nm左右，并且具有很好的分散性，虽然颗粒之间有团聚但是有明显的界限，为软团聚。
2.2 介孔TiO2的TEM图
图1 TiO2纳米粉体的TEM图
图2 介孔 TiO2的TEM图
图2为介孔纳米TiO2粉体的TEM图，可以看出粉体粒径分布范围较窄且孔道大小均匀，排列有序，并且具有很好的分散性，说明在该实验使用？°特殊液相沉淀法？±可以制备介孔纳米材料。在本实验下，模板剂与二氧化钛以1：2的比例混合下制得的介孔TiO2，其效果最佳。
3.结论
本实验首先通过“特殊液相沉淀法”制得纳米二氧化钛粉体，具有较好的分散性且粒径分布均匀;把吐温80和十二烷基苯磺酸钠为模板剂，制备出了介孔纳米TiO2，也具有很好的分散性，并且在模板剂与TiO2的比例为1：2时，效果最好，孔径最为均匀，大小一致，排列有序。
参考文献：
[1]王开明，温传庚，周英彦，等.纳米氧化铝粉体的特殊液相沉淀法制备[J]，金属功能材料，2005，12 （1）：13--15.
[2]叶云，李巧玲.介孔二氧化钛的制备与研究[J].分析仪器，2012，（6）：68-76.
[3]张小博，刘海萍.自组装复合模板法制备Fe3+掺TiO2光催化材料[J].应用化工，2012，41（11）：1951-1953.
[4]卫贤贤，张晔，赵亮富等.有机模板剂对合成纳米TiO2结构影响规律的研究[J].材料导报，2012，26（8）：50-55.
[5]Fengxian Xie，Sheng-Jye Cherng，Shunmian Lu etal.Functions of Self-Assembled Ultra fine TiO2 Nanocrystals for High Efficient Dye-Sensitized Solar Cells[J].ACS appliedmat erials & interfaces，2014，6（8）：5367-5373.
注：基金项目：国家自然科学基金资助项目（50272002、50372001）;国家科技部863计划项目（2003AA302130）;鞍山市科委资助项目，鞍山市科技计划项目20140281。
纳米氧化铝范文第5篇
1 磁共振造影剂
肿瘤的临床诊疗最关键的是对微小肿瘤做早期诊断, 获取它们的分子及生理层面的个体化信息, 但常规的影像学手段很难对的微小肿瘤及其转移病灶进行定位和成像。磁性氧化铁纳米颗粒可作为一种良好的构建多功能、智能化的磁共振分子影像探针的选择材料[4]。以磁性氧化铁纳米颗粒为基础构建的造影剂在疾病诊断中已得到成功的临床应用, 它能提供优良的检测信号、增强病变组织与正常组织之间的对比度和生物分布度, 大大提高了造影的灵敏性和特异性, 从而提高了诊断效率。磁性氧化铁纳米造影剂一般主要由3部分组成[5], 由内向外依次是:纳米粒子核, 来增强造影效果;包被壳层, 如聚乙二醇等, 来提高溶液稳定性;生物活性分子, 如蛋白、多肽和抗体等, 来提高靶向性。
现如今, 磁性氧化铁纳米造影剂已成功商品化, 依据其流体动力学直径 (40-50 nm) 的不同, 大致可分为两种类型[6], SPIO (small particle of iron oxide) 和USPIO (ultrasmall particle of iron oxide) 。SPIO类注射后, 能迅速被吞噬细胞吞噬, 分布到肝、脾及骨髓等网状内皮系统中, 临床上主要用于肝部损伤的临床诊断和良恶性肿瘤的鉴别诊断[7]。USPIO类是超小型纳米颗粒, 它能在血液中循环较长时间, 注射后, 其中一部分会从血液系统进入淋巴系统, 临床主要用于肿瘤的淋巴结转移的诊断, 它的构建, 扩大了氧化铁纳米造影剂在肿瘤早期诊断中的应用范围[8]。氧化铁纳米造影剂可大大提高肿瘤的早期检出率, 其中对前列腺癌的淋巴结转移的研究表明, 氧化铁纳米造影剂可做到非侵入性的检测, 其不仅可以检测出前列腺癌病人体内微小的淋巴结转移, 还能检测出隐藏的淋巴结转移[5]。
CHEN Y等人[9], 构建了PEG-g-PEI-SPION复合物, 其能很好的结合 (sc Fv (CD44v6) 抗体和si RNA, 既能实现了靶向治疗, 又可以利用SPION的造影剂功能将肿瘤的诊断和基因沉默结合起来, 大大提高了肿瘤的治疗效果, 为攻克肿瘤带来了新的希望。
2 磁转染辅助技术
磁性转染是一种新型的助基因转染技术, 其靶向性强、转染效率高。磁性纳米颗粒和某些生物大分子通过化学共价键或物理粘附作用结合, 形成具有磁感应性的微粒, 磁性微粒可直接与功能基因相结合, 也可利用其表面活性与传统的病毒或非病毒载体耦联, 再与目的基因相结合, 构成负载基因的磁性微球, 外加梯度磁场, 磁性微球会随着磁场力的导向在靶位器官或组织富集, 在细胞的胞吞作用下, 磁性微球进入细胞内, 目的基因释放, 从而发挥高效靶向治疗作用[10]。
体外条件下, 可在细胞培养瓶或皿底部外加磁铁, 借助静态磁场作用, 可加快复合物的沉积速度, 使其快速接触细胞膜并进入细胞质, 提高转染速率。体内条件下, 通过磁转染的方式可将载体定向输送到靶部位, 克服了载体聚集缓慢以及靶部位载体浓度过低的问题, 提高了基因载体的靶向性和基因转染效率[11]。
体外基因转染中, CHEN D等人[12]用聚乙烯亚胺修饰的磁性氧化铁纳米颗粒作为基因载体连接含有荧光素酶报告基因的质粒p GL2, 转染到不同的细胞系, 将Nd-Fe-B磁铁放于培养板底部, 结果显示, 不同细胞的转染效率不同, 但转染效率是脂质体对照组的5-10倍, 而且转染后细胞增殖活性及功能优于脂质体的对照组, 侧面证明了其细胞毒性低于脂质体的细胞毒性;SAPET C等[13]人还将磁性纳米颗粒与腺病毒结合, 通过磁转染导入细胞内部, 结果显示, 磁性纳米颗粒可以促进腺病毒的转导, 还可以利用磁场对细胞进行分拣。体内基因转染中, PLANK C等[14]将超顺磁性纳米颗粒与含Lac Z报告基因的质粒连接后, 通过内腔注射到小鼠胃或者肠血管, 并将矩形的NdFe-B磁铁直接接触目标组织, 结果显示, 基因转化表达被限制在磁铁形状所在的区域, 说明磁场介导的胃肠道和血管体内局部转化是可行的。这些开创性的研究初步显示, 磁性转染做为一种新型的基因转染技术具有一定的可行性, 其在靶向性、转染效率等方面具有独特的优势, 为基因治疗开辟了新的思路。
3 磁感应热疗
磁感应热疗是一种新型的肿瘤治疗手段, 磁性氧化铁纳米颗粒在交变磁场存在时, 如果强度和频率合适, 可吸收能量使自身温度升高, 这些热量会均匀的释放到肿瘤组织, 由于肿瘤组织自身供血不足, 热量扩散较慢, 会使局部温度升高, 对热敏感的细胞会被趁机杀死, 而对正常组织细胞产生的影响较小[15]。尽管磁性氧化铁纳米颗粒产生的热效应会随着体外磁场振幅和频率的增加而相应提高, ZEISBERGER M等[16]研究指出, 磁性氧化铁纳米颗粒发挥热疗效能的合理磁场值应设定频率为400 k Hz, 振幅为10 k A/m。有研究表明, 肿瘤细胞在高温的环境下对放射线更为敏感, 因此, 热疗有望与放疗结合来共同治疗肿瘤。
KIM K Y等[17]将磁性氧化铁纳米颗粒溶液经会阴注射入前列腺癌患者的前列腺内, 并将患者置于一个高频交变磁场中, 由于肿瘤组织对纳米颗粒的清除率较低, 磁性铁氧化纳米颗粒能持续发挥热疗效应。通常患者的热疗周期为每周一次, 每次60 min, 连续6周为一个疗程, 借助计算机断层成像检测组织样本中氧化铁纳米颗粒的含量。结果表明, 通过治疗, 90%的前列腺癌组织热疗中位温度超过43℃, 最高可以达到55℃, 说明磁性氧化铁纳米颗粒介导的热疗是切实可行的。YANG C L等[18]构建了磁性氧化铁纳米颗粒-脂质体复合体, 在通过体内外实验证明复合体能够靶向目标组织, 发挥其潜在的热疗作用。人们还将磁性氧化铁纳米颗粒与磁性基因联合作用于机体, 结果表明, 除了颗粒本身的磁感应热效应外, 热疗还可以增强抗癌基因的细胞毒性, 提高机体免疫力[19]。另外, 国内外研究资料表明, 外加磁场也可以抑制肿瘤组织生长, 其机制是影响癌组织的生物磁场, 扰乱其供血、供氧, 使癌细胞胞膜功能发生改变, 影响其物质交换, 抑制肿瘤细胞增殖等。
4 临床应用的前景与挑战
近年来, 磁性氧化铁纳米颗粒已广泛应用在生物医学领域, 包括生物分离、磁共振造影、磁靶向药物、肿瘤的磁热治疗等诸多方面, 在作为肿瘤基因诊疗的应用研究中已取得了较大的进展, 但离具体的临床应用还有很大的差距。磁性氧化铁纳米颗粒终极目标是实现在生物体内应用, 目前为止, 还存在着许多瓶颈。生物体内应用要求磁性纳米材料不仅具有良好的水溶性和生物相容性, 同时还要具备表面功能性, 利用磁性纳米材料表面功能基团与可识别病灶的功能分子进行耦联, 是实现磁性纳米晶体在疾病鉴别诊断中应用的最可行的手段之一。
首先, 由于磁性氧化铁纳米颗粒的粒径小, 相对表面积大, 且本身又具有磁性, 容易发生团聚, 如何提高颗粒表面功能基团的活性, 以增强其主动靶向性而抑制网状内皮系统的吞噬作用;如何提高颗粒的载药量, 防止其在传送过程中基因的渗漏, 以及在病灶区域的基因释放量、速度等问题, 将依然是今后研究的热点与重点。其次, 磁性氧化铁纳米颗粒的生物安全性和相容性仍有待继续考察, 其在体内积累所应有的安全剂量以及引起的不良反应等问题尚需要长期的深入研究;另外, 磁性氧化铁纳米颗粒在体内转染研究中对磁场的敏感性和靶向性表现得并不突出, 因此在偶联基因片段的同时, 可尝试再连接特异性的配体或抗体, 即将多种运输方式结合起来应用, 可以起到双重或多重靶向的作用。还有许多困难, 如作为基因治疗载体的可控性, 磁共振造影的可调性、磁转染中磁场的选择和定位、靶向热疗的温度控制等, 这些困难的克服, 需要多个学科的相互渗透和共同努力。
5 结语
综上所述, 磁性氧化铁纳米颗粒具有独特的物理化学性质, 可作为磁共振造影的造影剂, 能将肿瘤的诊断和基因治疗成功结合起来, 促进了基因诊疗的诞生, 其还可以借助磁转染和热疗等技术, 大大的提高肿瘤的治疗效果, 相信不久的将来, 随着各项技术的不断成熟, 其必将获得更广泛的应用, 在肿瘤基因诊疗方面将掀开新篇章。
摘要：目的 综述近年来磁性氧化铁纳米颗粒与磁共振造影, 磁转染, 热疗等技术相结合在肿瘤诊疗方面的研究进展。方法 参考国内外相关文献19篇, 进行相关信息的分析、归纳和总结。结果 阐述了磁性氧化铁纳米颗粒与基因治疗和磁共振造影相结合, 成功的将肿瘤诊断和基因治疗结合起来, 促进了新领域肿瘤诊疗的诞生和磁转染, 热疗等技术的发展。结论 磁性氧化铁纳米颗粒在肿瘤诊疗疗方面将会有广阔的发展的前景。
关键词：磁性氧化铁纳米颗粒,肿瘤诊疗,基因治疗,磁共振造影,磁转染,热疗
参考文献
[1] SHEN M, GONG F, PANG P, et al.An MRI-visible non-viral vector for targeted Bcl-2 si RNA delivery to neuroblastoma[J].Int J Nanomedicine., 2012, 7:3319-3322.
[2] DEGEN C L, POGGIO M, MAMIN H J, et al.Nanoscale magnetic resonance imaging[J].Proc Natl Acad Sci USA, 2009, 106 (5) :1313-1317.