二氧化硅包覆锰锌铁氧体复合材料的制备与表征

摘要

磁热疗目前急需解决的问题是如何对所需加热的组织进行均匀的加热，使其达到有效的治疗温度(42～43℃)，而不引起附近正常组织的永久性损伤。并且纳米粉体由于小尺寸效应、界面效应，表面效应以及宏观量子隧道效应，在制备过程中容易发生团聚，影响其各项性能，对后续的生物医学应用带来困难。研发一种产热率高、生物相容性好、分散性好的新型肿瘤热种子材料，实现靶向定位热疗，将为肿瘤的治疗开辟新的途径，具有十分重要的科学意义和实用价值。
　　 本文利用锰锌铁氧体良好的磁热性能以及二氧化硅优良的生物相容性和化学稳定性进行复合互补，采用化学共沉淀法结合溶胶凝胶法成功制备出锰锌铁氧体/二氧化硅复合材料。系统研究了制备过程中的几个影响因素，优化了工艺路线，对复合材料进行了分析测试研究。主要研究内容及结果如下：
　　 以碳酸氢铵为沉淀剂，采用化学共沉淀法制备了锰锌铁氧体前躯体微粉，并利用水热处理、煅烧处理两种方法进行熟化处理，结果表明：水热处理后所得产物为Fe2+、Mn2+和Zn2+与碳酸根络合形成的碳酸盐;煅烧处理后所得产物为具有尖晶石结构的锰锌铁氧体。
　　 在成功制备锰锌铁氧体粉体的基础上，对工艺路线进行了优化处理。讨论了化学组成、热处理温度对材料的影响。借助XRD、TEM等手段分析表明：(1)改变锰和锌的配比，XRD图谱中特异峰的位置基本保持不变，随着Zn2+含量的增多，所得产物结晶度变差，晶粒尺寸逐渐变小。(2)随着热处理温度的升高，锰锌铁氧体晶粒明显长大，结晶化程度变好，样品的固相反应更加完全，磁性能增加，比饱和磁化强度变大，矫顽力和剩余磁化强度变小。经过优选，热处理温度为800℃，保温5h得到的粉体材料晶粒尺寸符合要求，具有顺磁性。
　　 以草酸铵为沉淀剂，采用化学共沉淀-煅烧处理法制备了锰锌铁氧体粉体，经X-ray衍射分析，所得产物主要为锰锌铁氧体，同时含有少量Fe2O3。讨论了热处理温度对材料的影响，经过优选，煅烧温度为800℃，保温5h获得的粉体材料晶粒尺寸比较符合要求。相比以草酸铵为沉淀剂，选择碳酸氢铵作为沉淀剂制备的锰锌铁氧体纯度更高，晶粒更小，比饱和磁化强度较高，矫顽力较低，磁性能更好。
　　 以柠檬酸为表面分散剂，以碳酸氢铵为沉淀剂制备的Mn0.4Zn0.6Fe2O4为基体，正硅酸乙酯为硅源，通过溶胶-凝胶法成功制备出锰锌铁氧体/二氧化硅复合材料。借助XRD、TEM、VSM测试手段分析表明：锰锌铁氧体晶粒分布均匀，SiO2以非晶态分布在粒子周围，起到了分散隔离的作用，一定程度上控制了铁氧体晶粒的团聚和生长。随着正硅酸乙酯的加入量增多，包覆更加完全，复合材料的比饱和磁化强度和矫顽力有所减小，磁性能缓慢下降，但仍保持了一定的磁响应特性。