Page 54 - 《精细化工）》2023年第10期

·2132· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

3.1 磁共振成像 体材料表现出优异的性能，磁铁矿作为最简单铁氧
磁性纳米材料具有优异的磁性能，已广泛用作 体，具有易于制备、成本低等优点。迄今为止，研
磁共振成像（MRI）多功能造影剂，特别是氧化铁 究人员制备了不同的磁性纳米结构（如片状、棒状、
基磁性纳米粒子具有良好的生物相容性，已经被广 空心结构等）应用于微波吸收，其中片状结构具有
泛应用于临床 [79-80] 。磁性纳米材料可以缩短附近水 优异的微波吸收性能。这主要归因于其大平面、各
质子的纵向弛豫时间（T 1 ）和横向弛豫时间（T 2 ）， 向异性和高各向异性场的高渗透性可以调节去磁因
并产生 T 1 和 T 2 对比信号。其中，磁性纳米材料的形 子 [86] ，以及片状结构赋予它们的高磁共振频率 [87] 。
状对 T 1 和 T 2 增强效果起着至关重要的作用 [81-82] 。磁 另外，片状颗粒会表现出增加的介电常数以增强由
性纳米片由于具有更大的有效比表面积以及暴露出特 大比表面积引起的界面极化 [43] 。因而磁性纳米片被
殊的基面，可以实现高效的化学交换，因而显著增强 认为是最有希望的用于微波吸收的候选者之一。
T 1 和 T 2 对比效应，提高造影性能。 YANG 等 [40] 通过两步化学法制备了不同尺寸的
ZHOU 等 [22] 报道了超顺磁性 Fe 3 O 4 纳米片具有 均匀的 Fe 3 O 4 纳米片，这些纳米片具有良好的微波
显著相互作用的 T 1 和 T 2 对比效应。如图 9 所示，相 吸收性能，在较宽的频带内表现出较宽的有效吸收。
比于球形纳米颗粒，Fe 3 O 4 磁性纳米片更有利于水扩 由于更好的阻抗匹配，小纳米片表现出比大纳米片
散和化学交换，且有效半径（R）远大于具有相似固 更好的微波吸收性能。并进一步制备了嵌有自定向
体体积球体的有效半径（r）。首次在分子水平上展 磁性纳米片的超薄还原氧化石墨烯薄膜，以实现高
示了 T 1 和 T 2 对比效应的相互作用机制，通过调整 效 EMI 屏蔽。在 2~10 GHz 频率范围内的 EMI 屏蔽
Fe 3 O 4 纳米片的结构特征实现了造影成像效果的控 效率约为 11.2 dB，比同等条件下制备的纯氧化石墨
制。此外，进一步探究磁性纳米颗粒表面结构和各 烯薄膜和氧化石墨烯/球形纳米颗粒杂化膜分别高
向异性形状对 MRI 中 T 1 和 T 2 弛豫时间缩短效应的 出约 50%和 72% [41] 。如图 10 所示，LIU 等 [43] 合成
影响。特别地，具有富金属表面(111)和(100)晶面的 了单分散的 Fe 3 O 4 /C 纳米片，由于其高饱和磁化强
磁性纳米材料促进了与周围质子的化学交换，因此 度（M s ），且面外难磁化场（H ha ）远远大于面内易
表现出极大的 T 1 弛豫性。与球形粒子相比，各向异 磁化场（H ea ）。因此，Snoek 乘积高于 Snoek 极限，
性粒子的有效半径更大，对质子的 T 2 弛豫缩短效应 这使在更高的频率下获得更高的起始磁导率成为了
更强 [21] 。YANG 等 [83] 通过锰掺杂合成了 6 种不同形 可能。在形状各向异性和界面极化的共同作用下，
状的磁性纳米颗粒，并揭示了形貌与弛豫率（T 1 /T 2 ） 可以产生多次介电弛豫，增加介电常数损耗。此外，
的关系。结果表明，片状结构的锰掺杂磁性粒子更 片状结构可以通过多次散射增强吸收。因而，
有利于 T 1 成像。 Fe 3 O 4 /C 纳米片高频下表现出强自然磁共振，改善了

阻抗匹配，抑制了高频涡流，增强微波吸收。

图 9 磁性纳米片与球形纳米颗粒的水质子作用行为以及
有效半径对比 [22]
Fig. 9 Water proton exchange and comparison of effective
radius between magnetic nanosheets and spherical
nanoparticles [22]

μ s 为静态磁导率；f r 为共振频率；r 为旋磁比
3.2 微波吸收
图 10 碳包覆磁性纳米片电磁波吸收机理示意图 [43]
磁性纳米粒子已被广泛地用作微波吸收剂，以 Fig. 10 Schematic diagram of electromagnetic wave absorption
防止日益严重的电磁干扰（EMI）问题 [84-85] 。铁氧 mechanism of carbon coated magnetic nanosheets [43]