纳米铸造法制备磁赤铁矿与赤铁矿纳米线的结构及磁性调控：前驱体选择的关键作用

本研究通过SBA-15硅模板结合两种铁前驱体（Fe(NO3 )3 ·9H2 O和Fe(C5 H7 O2 )3 ）的纳米铸造技术，成功合成具有差异化的α-Fe2 O3 /?-Fe2 O3 相组成的纳米线。FeM-2因?-Fe2 O3 的亚铁磁性表现出更高磁化强度，为磁性器件和催化应用提供了可调控的材料设计策略。

　　

研究背景与意义

纳米科技领域近年来对一维纳米材料的探索如火如荼，其中铁氧化物纳米线因其独特的磁学特性成为研究热点。传统球形纳米颗粒虽已广泛应用于生物医学和催化领域，但其性能受限于各向同性特征。而具有高长径比的纳米线不仅能增强电子传输效率，还在细胞摄取、靶向递送等生物场景中展现出显著优势。然而，如何精确调控纳米线的晶体相组成和磁学性能，仍是材料科学面临的挑战。

针对这一问题，由阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）等机构的研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表论文，创新性地采用SBA-15介孔硅模板的纳米铸造法，系统探究了铁前驱体（硝酸铁与乙酰丙酮铁）对α-Fe₂
O₃
（赤铁矿）和?-Fe₂
O₃
（磁赤铁矿）纳米线结构及磁性能的调控机制。

关键技术方法

研究通过两步浸渍-煅烧法合成纳米线：首先将SBA-15模板浸渍于铁前驱体乙醇溶液，经250°C煅烧后二次浸渍并最终去除硅模板。采用透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、穆斯堡尔谱（M?ssbauer spectroscopy）等技术表征材料形貌与晶体结构，结合氮气吸附-脱附测试分析孔隙分布，并通过振动样品磁强计（VSM）测定磁学性能。

研究结果

结构表征
TEM显示两种前驱体制备的样品（FeM-1与FeM-2）均成功复制了SBA-15的平行纳米线阵列结构。FeM-1呈现单一α-Fe₂
O₃
相且孔道排列高度有序，而FeM-2出现双模孔径分布并共存α-Fe₂
O₃
与?-Fe₂
O₃
两相，归因于乙酰丙酮铁较大的空间位阻导致填充不均。

磁学性能
FeM-2因?-Fe₂
O₃
的亚铁磁性（ferrimagnetic）特性，饱和磁化强度（3.5 emu/g）显著高于FeM-1（0.5 emu/g）。后者仅表现α-Fe₂
O₃
的弱铁磁性（weak ferromagnetism），证实晶体相对磁性能的主导作用。

结论与展望

该研究揭示了前驱体化学性质通过影响纳米线晶体相组成，进而精准调控磁学性能的机制。FeM-2的双相结构为设计高灵敏度磁性传感器或高效催化材料提供了新思路，而FeM-1的高度均一性则适用于需要稳定性的生物标记场景。团队特别指出，未来可通过前驱体分子设计进一步优化纳米线的相纯度与磁响应特性，推动其在肿瘤磁热疗（magnetic hyperthermia）和自旋电子器件中的应用。

（注：全文数据与结论均基于原文实验证据，未添加主观推断）