磁性纳米材料由于具有独特的物理性质,已经成为近年来发展迅猛且极具研究价值的材料之一,在磁传感器、数据存储、生物医学和环境工程等方面具有很大的应用前景。在众多磁性纳米材料中,Fe3O4纳米颗粒具有高磁化强度、较好的磁致伸缩性能、容易进行表面改性和无毒的生物相容性等优点,被广泛应用于上述领域。许多研究者致力于该纳米颗粒的应用研究开发,其中在巨磁阻(GMR)生物检测和柔性磁电复合材料中的应用备受关注。与其他生物传感器相比,GMR生物传感器具有高灵敏度、低噪音、稳定的磁标记、可重复和可量化等优势被广泛用于生物医学领域。GMR生物传感器的原理实际上是对磁性标签所产生的弥散场进行检测,因此,磁性标签的磁性能将直接决定检测的结果。在实际检测中,人们希望传感器能有高的检测精度,这就要求磁性标签材料能够有高的饱和磁化强度、良好的分散性和均匀的粒径分布。目前,科学家们已通过很多方法改善磁性标签性能,但仍有不足,需要开发新型磁性标签满足对超低浓度检测的需要。Fe3O4纳米颗粒除了可以用于磁性生物检测之外,另一重要领域为柔性磁电复合材料。这种材料具有加工性能好和可弯曲等优点,在制备可穿戴器件上有极大的应用潜力,是近年来Fe3O4颗粒应用研究的一个新热点。在器件的实际应用中,人们往往期望其具有较高的灵敏度和较宽的适用范围,这就对材料的性能提出了新的要求。磁致伸缩材料作为磁电复合材料中重要组成部分,它的性能对磁电转化性能有着直接的影响。因此,对磁致伸缩材料的探究很有必要。本文针对Fe3O4纳米颗粒在GMR生物检测和柔性磁电复合材料中的应用展开研究,设计、制备合适尺寸和形貌的Fe3O4颗粒,并将其应用于上述两个领域,具体工作如下:(1)针对GMR生物检测设计制备棒状Fe3O4纳米颗粒,并探讨最佳制备工艺。棒状Fe3O4纳米颗粒具有形貌和磁各向异性,轴向磁化强度高,将其应用于生物检测中有望提高检测精度。通过水热法制备了 5种不同大小的棒状α-Fe2O3前驱体,并将长为310 nm,直径为62 nm的α-Fe2O3还原为Fe3O4。在此期间,采用控制变量法探讨了反应温度和反应时间对还原过程的影响,发现当反应温度为520℃,时间为1 h时,α-Fe2O3能够完全反应为Fe3O4,且不含其他杂质。(2)针对柔性磁电复合材料设计制备了超顺磁Fe3O4纳米颗粒,并探讨最佳制备工艺。超顺磁Fe3O4纳米颗粒具有低矫顽力、低剩磁的优势,将其作为磁致伸缩相,将大大改善材料的磁滞现象,为开发低噪音,高灵敏度的磁电传感器提供条件。采用水热法合成了 4种不同粒径大小的球形Fe3O4纳米颗粒,颗粒大小均匀、分散性良好,呈现超顺磁特性。(3)搭建生物检测平台,将棒状颗粒应用于GMR检测,研究颗粒对输出信号、灵敏度、检出限、重复度的影响。结果发现,颗粒具有0.05 ng/mL超低的检出限(LOD),这归因于棒状Fe3O4的形状各向异性能够产生较大的弥散场。在检测过程中,获得了 0.05ng/mL-1000ng/mL较宽的线性区间。除此之外,在多次测试中,磁性标签展示出优良的可重复性,这归因于棒状Fe3O4可以产生稳定有效的弥散场。使用棒状Fe3O4纳米颗粒作为磁标签,为提高GMR生物检测的灵敏度和可重复性提供了一种新的方法。(4)选择合适尺寸的超顺磁Fe3O4颗粒制备柔性磁电复合薄膜,并搭建磁电检测平台,测试了颗粒掺杂量对压电性能和磁电转换性能的影响。结果发现,随着颗粒含量的增多,压电性能不断减弱,这是由于颗粒的加入阻碍了畴壁的运动,进而降低压电效应。随着颗粒含量的增加,磁电性能出现先增大后减小的趋势,最优颗粒含量为5 wt%,此时磁电耦合系数α33为1.16 mV·cm-1·Oe-1。由于超顺磁颗粒的矫顽力和剩磁极低,使薄膜在磁电测试中几乎没有滞后现象。这种高灵敏度的柔性磁电复合薄膜为未来开发高灵敏度、低噪音的磁传感器奠定了基础。