基于微波辅助高温热解制备的Fe3O4纳米颗粒其尺寸依赖电磁性能及微磁学模拟研究

研究铁氧体 (Fe3O4) 功能纳米材料的尺寸依赖电磁特性对深化它们的生物医用意义重大。为此，我们借助前期所开发的微波辅助高温热解通用制备策略，成功合成了4个尺寸(4、20、50及200 nm)的Fe3O4纳米颗粒，并对它们的电磁性能展开研究。经相关测试后发现，颗粒的磁特性、磁热升温以及微波吸收性能均展现出有趣的尺寸效应。其中，单畴尺寸为20 nm的颗粒SAR值最大，而在微波频段，颗粒的反射损耗RL值却随着尺寸的增加同步提高，且发生最大反射损耗的频段与微波热疗相吻合。为了进一步理解颗粒的尺寸依赖电磁波吸收行为，我们利用面向对象的微磁框架 (OOMMF)对所制备的不同尺寸颗粒 (单个颗粒及双颗粒存在情况) 在2.45 GHz微波场中的磁化过程及与微波相互作用所涉及的自由能变化进行了模拟分析。结果表明，不同尺寸的颗粒其吸波性能除了与阻抗匹配及共振方式相关外，场耦合效应以及颗粒间的磁偶极相互作用将有效影响其吸波行为。我们相信，上述内容不仅为尺寸依赖的电磁效应提供新的见解，更有望为将来基于磁颗粒尺寸选择的临床微波热疗提供有价值的参考依据。

文章已在Colloids and Surfaces A在线： https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.06.059，本组博士生范凤国并列为共同一作，特此感谢范博在微磁学模拟方面所做的贡献。