孫愛娟，方 芬

(寧夏大學 化學化工學院，銀川 750021)

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磁性納米流體及其終端技術應用

孫愛娟，方 芬

(寧夏大學 化學化工學院，銀川 750021)

綜述了磁性納米粒子制備技術的發(fā)展，重點討論了磁性納米粒子形成磁流體過程在極性或非極性載液中穩(wěn)定懸浮的機理和磁性納米流體的終端技術及其應用進展，并指出今后磁性納米流體技術的研究工作應包括磁性納米流體性能的主要影響因素、磁性納米粒子與基液間的相容性、高溫和長期使用條件下磁性納米流體的穩(wěn)定性以及添加劑的形狀和屬性對磁性納米流體性能的影響等方面。

磁性納米流體；制備方法；分散機理；終端技術

磁性納米流體是兼具液體屬性和磁性的新型智能納米流體,同時也是一種三組分的膠體穩(wěn)定體系。該體系通常由超順磁性納米粒子、載液及表面活性劑組成。載液是磁性納米流體的主要組成部分，體系的黏度主要取決于載液的類型。磁性納米粒子決定磁流體的飽和磁化強度。而磁性納米粒子能否穩(wěn)定分散在載液中取決于表面活性劑的分子結構、粒子表面電荷及其與流液的匹配性。此外，制備磁性納米流體主要步驟包括：(1)制備超順磁性納米粒子；(2)表面活性劑修飾納米粒子并將其分散在非極性或極性載液中。

一些特殊的磁性納米流體也可由合成高分子[1,2]、二氧化硅[3]、生物大分子[4]等將磁性納米粒子改性后分散在載液中獲得。水基磁性納米流體無需表面活性劑，只需將磁性納米粒子進行離子化處理[5]，使其表面帶電荷，然后分散在水基載液中。

磁性納米流體具備固體磁鐵所沒有的流動性，這為磁性材料的應用開辟了新的篇章。其潛在的應用領域涵蓋機械、生物醫(yī)學和光學行業(yè)。目前磁性納米流體的終端應用技術包括無泄漏密封、智能冷卻、微型機器人、微機械傳感器、傳感器、可調(diào)光學無損缺陷過濾器、致動器、光學光柵、磁光波導、磁光波長濾波器、光開關、生物傳感器、熱療治療、腫瘤治療、細胞分離、磁共振成像、藥物靶向等技術[6]。本文將詳細介紹磁性納米粒子的制備方法，磁性納米流體的穩(wěn)定機理及其部分終端應用技術。

1 磁性納米粒子的制備

1.1 機械化學合成法

在表面活性劑的存在下通過球磨機研磨是制備磁性納米粒子[7]最早的方法。采用該方法獲得的磁性粒子粒度分布較寬，通常需要離心分離去除大顆粒，否則可能導致磁流體凝聚和沉淀。該方法的缺點還在于研磨時間太長(1000h)。目前，機械化學合成法經(jīng)改進后仍被用來制備磁性納米粒子。Bellusci等[8]使用高能球磨機在檸檬酸存在下制備錳鐵氧體納米粒子。經(jīng)1h研磨便可產(chǎn)生直徑約8nm的單晶體磁性納米粒子。該納米粒子呈超順磁性且因均勻包覆檸檬酸而具有生物相容性。

1.2 共沉淀法

共沉淀法是制備氧化鐵磁性納米粒子最常用的方法。該方法的優(yōu)點是可通過控制實驗條件來制備不同粒徑(3～20nm)的磁性納米粒子。大量研究證明[9,10]，F(xiàn)e3+和Fe2+的濃度與摩爾比，堿及其濃度是決定粒子大小的關鍵因素。沉淀溫度，在堿性介質中加熱沉淀以及在反應混合物中添加表面活性劑對粒徑也會產(chǎn)生影響[11]。當未改性的磁性納米粒子在堿性介質中加熱，其粒徑增加，增加的程度取決于粒子加熱溫度。在不加堿的情況下提高沉淀溫度(2～90℃)，粒子粒徑也會增加。在Fe3+和Fe2+摩爾比約為2 ∶1的水溶液中加堿可制備Fe3O4納米粒子[12]。Danescu等[13]將FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O兩種鹽以摩爾比Fe2+∶Fe3+= 1 ∶2混合后溶于300mL水中，加入質量分數(shù)為10%的NaOH溶液并加熱到80℃。生成的Fe3O4沉淀用0.1mol/L的鹽酸反復清洗后分散在油酸中形成混合液，將混合液加入到絕緣油中制成磁流體。Fe3O4納米粒子，油酸，絕緣油的體積分數(shù)分別為5%，10%，85%。而制備γ-Fe2O3的方法相對簡單，在Fe3O4納米粒子中加入0.34mol/L硝酸鐵并加熱到90℃保持30min便可將Fe3O4納米粒子[14]氧化制得納米γ-Fe2O3。

用一種或幾種二價金屬離子如Co2+，Mn2+， Ni2+， Zn2+等全部或部分取代Fe2+可制備取代的鐵氧體納米粒子。Li+也可以用來制備取代鐵氧體。部分采用共沉淀法制備的取代鐵氧體納米粒子如表1所示。

表1 部分取代的鐵氧體納米粒子

采用共沉淀法制備Fe3O4納米粒子與取代鐵氧體納米粒子在原理上是相同的。但二者的磁性能差異較大[30]。因此，通過共沉淀法可以定制不同性質的磁性納米粒子，以滿足不同的應用需求。例如，需要高磁晶各向異性的粒子，鈷鐵氧體[11]是最佳選擇；若在熱磁對流和熱傳導[31]、熱電轉換[25]方面應用，可制備具有強烈熱磁效應和較低居里溫度的取代鐵氧體。

1.3 水熱法

水熱還原法[32]制備水分散型Fe3O4納米粒子大小可控，而且具有成本低、環(huán)境友好等特點。在水熱合成磁性納米粒子的過程中可以加入表面活性劑進行粒子表面改性，特別適合制備生物相容性的磁性納米粒子[33]。Behdadfar等[34]利用一步水熱合成法制備了平均粒徑為10nm檸檬酸修飾的鋅取代鐵氧體納米粒子(ZnxFe3-xO4)(x=0,0.25,0.3,0.37,0.4)。結果表明:一定量的檸檬酸有助于獲得單晶型鋅取代Fe3O4納米粒子。檸檬酸作為調(diào)節(jié)劑和還原劑可以控制粒子大小并促進尖晶石晶體結構的形成。

1.4 微乳液法

Fe3O4或γ-Fe2O3納米粒子也可由微乳液法制備[35]。該方法需要借助表面活性劑制備兩種微乳液：一種含有金屬鹽溶液，另一種含有堿溶液[36]；以適當?shù)谋壤龑⑦@兩種微乳液混合并反應得到磁性納米粒子。微乳液法的缺點是用于合成的表面活性劑與流液可能不匹配。

1.5 有機金屬化合物熱分解法

有機金屬化合物熱分解法是制備鐵、鈷納米粒子等高磁化率磁性納米粒子的重要方法。通過改變反應混合物及合成條件，能夠對納米粒子的組成、尺寸及尺寸分布進行精確控制[37]。羰基鐵/鈷、乙酰丙酮鐵/鈷以及鐵和鈷的羧酸鹽絡合物都可作為前驅體制備鐵、鈷及其氧化物的單分散納米粒子。在油酸的存在下通過分解溶解在辛醚中的五羰基鐵可獲得高度單分散的γ-Fe2O3納米顆粒[38]。粒子的平均粒徑為(4.9±0.7)nm。其中94%的粒子尺寸為3.5～5.75nm，所有粒子均小于8nm。80～90℃時[39]，在3000mL甲苯中加入171g Co2(CO)8和88mL Al(C8H17)3并加熱到110℃反應18h。將反應混合物冷卻至室溫，由一個小的毛細管導入空氣對粒子進行鈍化處理，可得到Co納米粒子，該粒子可制備磁化強度較高的磁流體。

2 磁性納米粒子分散在極性或非極性載液中穩(wěn)定懸浮機理

磁性納米流體是穩(wěn)定的膠體分散體系。膠粒的質量遠遠大于分子。因此，在重力的影響下膠粒會發(fā)生沉積。但磁流體中納米粒子粒徑足夠小，可以像分子一樣進行布朗運動，從而抵消了由重力作用引起的沉積。然而，膠粒間由于范德華力會相互吸引且每個磁性納米粒子都具有磁性，粒子間的靜磁相互作用也會破壞膠體的穩(wěn)定性。若要獲得穩(wěn)定的膠體分散體系就必須增加膠粒間的斥力作用。一般而言，這種斥力作用來自于粒子間的靜電排斥和物理隔絕。因此磁性納米流體的穩(wěn)定分散機理可分為靜電穩(wěn)定、位阻穩(wěn)定和靜電位阻穩(wěn)定三種機理。

位阻穩(wěn)定即磁性納米粒子經(jīng)表面活性劑修飾后，其分子鏈會在粒子間形成物理屏障從而增強空間排斥[40]。如果粒子分散在非極性介質中，表面活性劑親油端在粒子表面形成一個外部疏水層，起到粒子間物理隔絕作用。磁性納米粒子若是分散在極性介質中，在粒子表面會生成一個雙層表面活性劑吸附層從而形成外部親水層，起到位阻穩(wěn)定作用。另外，如果表面活性劑極性端是陰離子或陽離子，那么這個雙層表面活性劑吸附層使納米粒子表面帶正電荷或負電荷，粒子穩(wěn)定懸浮來源于靜電、位阻穩(wěn)定雙重作用。圖1為磁性納米粒子吸附表面活性劑分子模型[41]。

圖1 磁性納米粒子吸附表面活性劑分子模型(a)單層吸附模型；(b)雙層吸附模型[41]Fig.1 Sketch of magnetic nanoparticles adsorbed surfactant molecules (a)single-layered grains;(b)double-layered grains[41]

靜電穩(wěn)定模型如圖2所示。對于水基磁性納米流體可采用四甲基氫氧化銨來促進納米粒子穩(wěn)定懸浮。四甲基氫氧化銨的氫氧根首先吸附到磁性納米粒子表面并與四甲基銨陽離子形成雙電層，使粒子間由于靜電斥力而穩(wěn)定[42]。

圖2 靜電穩(wěn)定型磁性納米流體模型[42]Fig.2 Static stable magnetic nano-fluid model[42]

將表面離子化的磁性納米粒子分散在水中也可制得靜電穩(wěn)定型磁流體。離子化的納米粒子表面帶電荷，由于靜電排斥使膠體系統(tǒng)保持穩(wěn)定。這類磁流體載液通常為水，粒子的表面電荷取決于pH值的大小(pH值介于2～12之間)。酸性磁流體(pH<7)粒子表面帶正電，而堿性磁流體(pH>7)粒子表面帶負電。圖3為表面帶正電荷和表面帶負電荷的磁性納米粒子[43]。

圖3 離子化的磁流體粒子 (a)帶正電荷粒子；(b)帶負電荷粒子[43]Fig.3 Ionization of magnetic particles(a)positively charged particle;(b)negatively charged particle [43]

3 磁性納米流體的終端技術

3.1 微流控技術

磁性液體的流量可通過磁場進行調(diào)節(jié)?；诖颂匦?，磁流體已被廣泛應用于高壓密封和冷卻液中。然而，最近磁流體又被用于微流控制裝置的開發(fā)。其中有關診斷、藥物輸送、基因測序及芯片實驗室的微流控技術引起了各國研究者的極大關注[44]。實際上，兼具可靠性、準確性和低成本的一次性微流控設備仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。開發(fā)新的具備高可靠性(對抗振動)和靈活性(可在原管道進行)尤其是當尺寸嚴重萎縮(例如，微電機械系統(tǒng))情況下的微流控技術是急需解決的問題之一。Ando等[45]制作了一種新穎的磁流體泵(FP1泵)。 該泵不需要任何機械運動部件，而是由一滴鐵磁流體作為活性物質來實現(xiàn)流體控制。FP1泵具備一定的靈活性和適用性，可在不破壞原有管道的情況下安裝此泵，能在緊急卻必須安裝的特殊情況 (如血管外科)下使用。圖4為FP1泵的原理和模型，可以看出磁流體由永久磁鐵吸引可以平鋪在玻璃管壁內(nèi)，使管內(nèi)液體順利通過；也可因電磁體和線圈作用在玻璃管內(nèi)形成帽型液體閥或活塞進而限制管內(nèi)液體通過。

圖4 FP1泵設計原理和模型[45]Fig.4 Schematic of the proposed design for FP1 pump architecture[45]

微流體控制是“芯片實驗室”的關鍵技術。開發(fā)集成的多功能微化學反應堆和分析平臺取決于芯片上的閥門和泵。Hartshorne等[46]將玻璃槽焊接蓋板，然后超聲鉆洞制得微流體泵控制設備。該設備包含由外部磁鐵驅動的長度約為10mm的鐵磁流體塞。該鐵磁流體是以疏水性氟碳化合物為流液的膠體穩(wěn)定體系。若微通道中流體為空氣，此微流控設備能夠承受的壓力可達12kPa，開啟和關閉閥門的壓力分別為8.5kPa和5.0kPa。該設備的原理如圖5所示，微通道內(nèi)黑色部分為鐵磁流體，小磁盤代表永久磁鐵。箭頭代表流體流動方向。實驗證明磁流體泵微流控設備可用空氣作為流體，并可達到“芯片實驗室”所需壓力。同時，該設備可以用作氣相微反應器或作為微通道網(wǎng)絡內(nèi)的壓力源驅動液體流動。

圖5 磁流體井閥和Y閥設計及關閉和打開配置[46]Fig.5 Well valve and Y-valve designs in closed and open configurations[46]

圖6 熱磁泵原理圖[47]Fig.6 A schematic diagram of the thermomagnetic pump[47]

磁性納米流體的飽和磁化強度隨溫度的升高而顯著減小，因此其熱磁對流現(xiàn)象十分明顯。處于外磁場和非等溫狀態(tài)下的磁流體內(nèi)部會產(chǎn)生磁力的不平衡狀態(tài)，從而驅動流體做宏觀對流運動。通過外磁場和溫度場的協(xié)同作用，可以實現(xiàn)對磁流體的流動控制。Pal等[47]通過焊接方法制作了一種微型熱磁泵，可通過施加適當?shù)臏囟群痛艌鰜眚寗予F磁流體在一個直徑為2cm的玻璃毛細管內(nèi)流動而不需要借助任何外部壓力。在一個密封的微型機電系統(tǒng)中便可操作這樣的泵運行而無需任何活動部件。該泵能夠處理微流體樣品且樣品不會受到污染。圖6所示為熱磁泵原理圖，熱磁泵含電磁線圈可使在毛細管中的鐵磁流體暴露在磁場中，在管壁內(nèi)還包含一個小的電阻加熱器來提供溫度梯度。當開啟電磁線圈和電阻加熱器，磁流體便從毛細管的冷端傳遞到暖端。研究結果表明，該泵能產(chǎn)生的壓頭高達2.75cm，而其最大輸出量則高達0.02mL/s等同于 1200mL/min。該熱磁泵比另外兩種磁場驅動泵擁有更精確的流量控制和更高的流速，同時輸出量更高而所需電壓和磁場強度更低。

以流體傳遞為目的新型微流控系統(tǒng)，是醫(yī)學和生物學領域中微型全分析系統(tǒng)(I-TAS)的核心設備。Ahn等[48]設計的微射流控制裝置(如圖7所示)，以精確驅動和快速采樣為目的，實現(xiàn)了樣品采集在納升范圍。鐵磁流體被注入圓形通道，而取樣液體注入直通道。磁流體與取樣液體間充滿空氣。因此，在取樣過程中避免了樣品受到污染。永磁步進電機可以控制磁流體在一定磁場梯度作用下流過圓形通道。這樣取樣液體在直通道內(nèi)也流經(jīng)相同的距離，由此完成了樣品采集?？刂茦悠凡杉暮诵氖请姍C的步進角，為了采樣在納升水平，該設備的步進角設計為18°。研究結果還表明，鐵磁流體在圓形微通道流動的最大凈壓力超過2kPa。

3.2 體內(nèi)治療技術

磁流體用作體內(nèi)高熱治療的研究始于1993年Chan等[49]和 Jordan等[50]的研究工作。 實驗證明超順磁性的納米流體能吸收交變磁場的能量并將它轉化為熱量。由于腫瘤細胞比正常細胞對溫度更敏感[51,52]。

圖7 鐵磁流體微流體控制系統(tǒng)的原理[48]Fig.7 A schematic of the microfluidic control system using ferrofluid[48]

因此，可以利用磁流體外加交變磁場增加腫瘤組織的溫度來破壞病理細胞，達到治愈腫瘤的目的。在所有的高熱治療方式如微波、激光和超聲波治療中，磁性納米流體高熱療法對目標腫瘤細胞的選擇性最好。這樣可以減少化療和放療劑量從而減少治療的毒副作用。磁性納米流體進行體內(nèi)高熱治療可分為以下三個步驟(如圖8所示)：(1)磁性納米流體進入腫瘤或癌癥組織；(2)施加幾百千赫的交變磁場；(3)腫瘤或癌細胞凋亡。

圖8 磁性納米流體的高熱治療示意圖[50] (a)施加外部磁場的高熱治療模型;(b)將磁液注入腫瘤或癌癥病灶Fig.8 Schematic illustration of magnetic nano-fluid hyperthermia[50] (a)hyperthermia model by applying an external magnetic field;(b)feeding magnetic fluid to tumor or cancer

其中磁性納米流體如何進入腫瘤組織成為治療的關鍵。一般來講，磁性納米流體以四種方式進入腫瘤組織:(1)動脈注射：磁性納米流體從動脈注入并通過血管到達腫瘤部位；(2)直接注入：磁流體直接注射到腫瘤部位。粒子被直接固定在腫瘤組織，并且大多數(shù)粒子位于細胞間隙而小部分在血管或細胞內(nèi)[53]。因此，當開啟磁場時熱量大多在細胞外部產(chǎn)生。直接注入法還可以將磁性納米粒子用特定的腫瘤抗體修飾，然后進行注入治療[54-56]，以便它們有選擇地被腫瘤細胞所吸收，從而減少正常細胞的損失；(3)原位移植[57]：采用可注射的磁性納米凝膠原位移植至病灶組織并由體外磁誘導產(chǎn)生局部高熱，作為癌癥微創(chuàng)治療的方法之一；(4)靶向輸入：將磁性納米粒子表面修飾一種腫瘤特異性抗體[58]。當這些磁性納米粒子進入血管，粒子會在磁場引導下尋找腫瘤組織并綁定具體的目標受體[59]。

由pH 和溫度敏感聚合物(如嵌段共聚物和共聚物水凝膠)與磁性納米粒子結合可形成具備磁芯生熱和多響應性殼層的智能治療體系[60]。通過藥物與磁流體綁定進行熱療和藥物治療已經(jīng)潛在地增強了高熱治療的效果[61]。而若將藥物封裝在具有溫度敏感性的殼層內(nèi)，則藥物如加包衣一樣在到達病灶區(qū)域時，磁芯溫度增加(由交變磁場作用)導致熱敏聚合物分子結構或構象發(fā)生變化(共價或非共價鍵遭到破壞)。殼層崩塌，使藥物只在癌變區(qū)域釋放[62,63](如圖9所示)。具有pH敏感性的聚合物也可用于目標病灶組織的治療[60]。

圖9 高熱和藥物治療相結合的多功能治療系統(tǒng)[60]Fig.9 Popular multi-purpose systems in hyperthermia and drug delivery[60]

3.3 分離技術

在許多化學和生物應用領域常常需要對粒子和細胞進行分離。根據(jù)粒子屬性如大小、密度、電荷和形狀等提供外部或內(nèi)部誘導力包括電[64]、磁[65]、聲[66]、光[67]和水動力[68]就能實現(xiàn)粒子的連續(xù)分離。然而，對顆粒進行連續(xù)分離的多數(shù)方法需要昂貴的設備或設備構造極為復雜。相比之下，磁性納米流體分離技術不僅成本低廉(廉價磁鐵)，而且沒有液體加熱的問題[69]。Zeng等[70]提出了利用磁場誘導分離非磁性粒子和細胞的簡單方法。該方法憑借一個直微通道和一對永磁鐵能夠對與磁流體混合的非磁性顆?；蚣毎M行連續(xù)分離。第一塊磁鐵放置在離微通道500mm的位置上，用來使所有粒子聚集。第二塊磁鐵放置在離微通道2600mm的位置上，使粒子按粒徑大小進行分流。圖10所示為磁場誘導粒子分離裝置。磁流體的平均流速為0.6mm/s。 圖10中a,c分別為進出微通道粒子的分布圖像。圖10b為實驗(頂部行)和理論(底行,紅色線為10mm顆粒和綠色線為3mm顆粒)兩方面，粒子在b1，b2，b3，b4四個觀察窗的運動軌跡。箭頭指示方向為粒子流動方向。結果表明，實驗數(shù)據(jù)與預測的分析模型相吻合。在相同的設備中還實現(xiàn)了活酵母細胞和10μm聚苯乙烯粒子的連續(xù)分離。

圖10 連續(xù)磁分離裝置分離3mm和10mm聚苯乙烯粒子示意圖[70]Fig.10 Illustration of the continuous magnetic separation device for 3mm and 10mm polystyrene particles[70]

Zhu等[71]利用在靜磁場中的一個微流體裝置對非磁性微粒進行分離。經(jīng)測試該分離裝置可分離1μm和9.9μm，1.9μm和9.9μm，3.1μm和9.9μm的混合粒子。處理量為105個粒子/h，分離效率接近100%。該方法具有成本低、處理量大、高效并且無需標記的特點。相同的裝置還可用來分離大腸桿菌、釀酒酵母[72]，處理量為107個細胞/h，分離效率接近100%。

3.4 其他磁控設備

Baglio等[73]應用磁性納米流體設計了一種新穎的慣性傳感器，該傳感器具有較寬的可調(diào)工作范圍及高靈敏度。具體裝置是由一個激勵線圈和兩個內(nèi)部傳感線圈纏繞一個含磁流體的玻璃管組成，如圖11所示。激勵線圈產(chǎn)生偏離中心的磁力，從而吸引磁流體偏離管的中心，其作用等效于機械彈簧。慣性質量振蕩振幅由內(nèi)置的差動變壓器的輸出電壓決定，該電壓是磁流體凝聚位置的函數(shù)。在該傳感器的基礎上還可以進行諧振加速計和陀螺儀的設計。

圖11 磁性納米流體慣性傳感器示意圖[73]Fig.11 Schematic view of the ferrofluidic accelerometer for tilting measurements[73]

Bibo等[74]使用磁流體設計制作了一個小型電磁發(fā)電機進行振動能量采集。利用晃動的鐵磁流體柱將機械能直接轉化為電能。與傳統(tǒng)的使用固體磁鐵的電磁發(fā)電機不同，基于鐵磁流體的能量采集器具有一些獨特的優(yōu)勢，磁流體易發(fā)生形狀變化而產(chǎn)生響應很小的加速度，利用這一點可設計能伸縮的能量采集器，如圖12所示。該能量采集器可在一些有針對性的場合中應用，從而代替移動的固體磁鐵。Bibo等通過實驗驗證了該能量采集器的可行性，并對其效率進行了討論。

圖12 基于磁流體的能量采集器示意圖[74]Fig.12 Schematic diagram of the ferrofluid-based energy harvester[74]

未來微型機器人需要致動器在有限體積內(nèi)產(chǎn)生高驅動力和沖程。致動器主要的技術壁壘是在高度密封情況下實現(xiàn)低泄露。Devolder等[75]設計了一種基于磁流體密封技術的線性射流微型致動器。如圖13所示，致動器密封的原理如下：當驅動壓力達到極限值時，致動器左邊的鐵磁流體密封會失效，并存在一定的泄漏量Q，此時泄露的磁流體流入活塞內(nèi)的回流通道。而在左邊的磁鐵限制并降低了作用于右邊鐵磁流體密封環(huán)的壓力。因此，有效防止了右邊密封環(huán)失效而使磁流體泄露于密封室外。該致動器的外徑為2mm，長度為13mm，可同時使用壓縮空氣和水，能夠在1.6MPa壓力下工作而無泄漏，且其沖程為10mm，最大壓力可達到0.65N。

圖13 磁流體密封的微型致動器 75]Fig.13 Illustration of a micro actuator with ferrofluid seals[75]

4 展望

研究磁性納米流體涉及約30個學科領域：理論物理學家描述磁流體復雜的液體行為；化學工程師合成磁性納米粒子；實驗工作者測量流體性質；機械工程師設計磁流體的應用技術設備等。磁性納米流體技術的進步依賴于各領域的交叉和合作。對于化學工程師而言，磁性納米流體的發(fā)展前景依然廣闊，在后續(xù)的研究工作中以下方面值得關注：(1)進一步明確磁性納米流體性能的主要影響因素。迄今為止，不同科研小組獲得的相關實驗數(shù)據(jù)有顯著差異。因此，系統(tǒng)地研究并確定這些影響因素非常重要，而膠粒詳細而準確的結構特征應是最關鍵的因素之一；(2)黏度大是磁性納米流體的主要缺點。通過表面修飾調(diào)節(jié)兩相界面性質，可增加納米粒子和基液之間的相容性以改善磁流體的黏度特性；(3)磁性納米粒子的懸浮穩(wěn)定性在科學研究和實際應用中非常關鍵。尤其是長期使用或經(jīng)千萬次熱循環(huán)后的穩(wěn)定性更加值得關注；(4)在已開展的工作中還缺乏對磁性納米流體在高溫下熱性能的研究。高溫下會加速分散劑的降解，還可能產(chǎn)生更多的泡沫等問題應考慮進去；(5)添加劑的形狀和屬性與磁性納米流體的性質密切相關。因此，合成新的顯微結構可控的磁性納米流體將是今后非常重要的研究方向之一。

5 結束語

磁性納米流體是具有磁性的可流動液體，同時也是包含磁性納米粒子和載液的非均相膠體穩(wěn)定體系。該體系的穩(wěn)定性由粒子間的靜電斥力和物理隔絕作用決定。表面離子化和表面活性劑改性可增加納米粒子間斥力促進膠體體系的穩(wěn)定。通過改變合成方法和原料可為特定的技術應用量身定做磁性納米粒子。磁性納米流體現(xiàn)已用于微流控、傳感器、致動器等納米電動機械系統(tǒng)的設計和制造。而在目前開展的研究工作中仍然存在不確切、不完善、不全面的部分。若能解決上述技術問題，將使磁性納米流體向更高性能、更多應用以及智能化方向發(fā)展。

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Magnetic Nano-fluid and Its Terminal Technology Application

SUN Ai-juan,FANG Fen

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

The development of magnetic nanoparticles preparation technology was summarized. The mechanism of stable suspension in the polar or nonpolar carrier liquid during the formation of magnetic nano-fluid and the application progress of its terminal technology were discussed. It is pointed out that further research work on magnetic nano-fluid should include: the major factors influencing the performance of nano-fluid, the compatibility between nanoparticles and the base fluids, the effect of the shape and property of the additive, stability of nano-fluid on the performance of magnetic nano-fluid at high temperature and under long term use conditions.

magnetic nano-fluid;preparation method;dispersion mechanism;terminal technology

10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.016

TQ584+.9

A

1001-4381(2015)09-0103-10

寧夏大學科學研究基金項目(ZR1202)

2013-10-07；

2015-06-25

孫愛娟(1980-)，女，碩士，主要從事高分子及其復合材料方面的工作，聯(lián)系地址：寧夏回族自治區(qū)銀川市賀蘭山西路489號寧夏大學化學化工學院(750021)，E-mail:sunaj@nxu.edu.cn