專利名稱：強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，屬于納米材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米材料被看作是未來科學技術(shù)的基礎(chǔ)支柱，其在電子信息、生物醫(yī)學、 化工催化等領(lǐng)域有著重要的應用前景。納米材料的性質(zhì)不僅與化學成分有關(guān)， 而且與它們的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸有關(guān)。
磁性納米材料在信息存儲、磁性成像及靶向藥物運輸?shù)阮I(lǐng)域具有誘人的應 用前景。四氧化三鐵具有良好的磁性能、生物相容性和低毒性而備受重視。目 前，對四氧化三鐵的研究已擴展到生物醫(yī)藥領(lǐng)域尤其是耙向藥物運輸?shù)难芯可稀?利用外加磁場可以使含納米四氧化三鐵的磁性靶向藥物載體在生物體內(nèi)病變部 位富集，減小正常組織的藥物接觸，降低毒副作用，可有效減少藥物的用量， 提高藥物的療效。目前已發(fā)展出多種磁性納米材料的制備方法，如化學沉淀法、 微乳液法、超聲法、熱分解法、微波輔助法以及溶劑熱法等，制備得到了多種 不同形貌的磁性納米材料，如單分散納米顆粒、微球、納米棒、納米線和納米 管等。但形貌和粒徑可控的強磁性納米材料的制備仍是一個挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法。該方法利用納 米晶定向聚集生長得到了強磁性四氧化三鐵多面體。其主要特征在于以可溶性 三價鐵鹽和強堿為原料，以十二胺為表面活性劑，以乙二醇作為溶劑，并添加 不同劑量的水，在室溫下混合形成懸浮液，經(jīng)溶劑熱反應后，對產(chǎn)物進行分離、 洗滌和干燥。
本發(fā)明方法具體步驟如下
1、以可溶性三價鐵鹽和強堿(包括NaOH、 K0H、 Ca (0H) 2)為原料， 以乙二醇為溶劑，加入十二胺和水混合，其中乙二醇和水的體積比在60: 1到10:l之間。
上述混合溶液優(yōu)選的十二胺的濃度為0.01 — 0，5摩爾/升，三價鐵鹽的濃度為 0. 01 —0.5摩爾/升，強堿(包括NaOH、 KOH、 C"OH) 2)的濃度為O. 02 —1
摩爾/升。
2、 將步驟l中所得混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在150 — 22(TC下進行熱處理 2 —24小時。
3、 對步驟2中所得產(chǎn)物進行分離，所得分離產(chǎn)物經(jīng)洗滌后在空氣中進行干 燥，得到四氧化三鐵納米粉末。
上述優(yōu)選的干燥溫度為20— IO(TC 。
本發(fā)明制備的四氧化三鐵納米粉末磁性強，形貌和尺寸可控，具有納米晶 組裝成的多面體結(jié)構(gòu)，其尺寸可在50-250納米之間進行調(diào)控。其中，水的添加 在制備過程中十分重要。與乙二醇相比，水分子同三價鐵離子的結(jié)合能力比乙 二醇分子同三價鐵離子的結(jié)合能力要強，于是當水加入到反應體系中時，水分 子更容易與鐵離子結(jié)合，從而加快納米晶的定向聚集作用。添加不同劑量的水， 可以達到不同程度的定向聚集，從而可以調(diào)控聚集體中納米晶之間的距離。由 于納米晶之間距離的不同，納米晶之間相互作用也隨之不同，相應的四氧化三 鐵聚集體的磁性就會不同。與純乙二醇體系制備的四氧化三鐵聚集體相比，本 發(fā)明制備的四氧化三鐵聚集體更致密，納米晶之間的相互作用更強，磁性也更 強。
本發(fā)明提供的強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法及得到的材料具有以 下優(yōu)點
(1) 采用乙二醇和水的混合體系，通過調(diào)節(jié)水的劑量可制備出形貌和 粒徑不同的四氧化三鐵納米材料。
(2) 在四氧化三鐵納米材料的制備過程中以乙二醇同時作為溶劑和還 原劑，簡化了制備過程，降低了生產(chǎn)成本。
(3) 在制備過程中以水控制四氧化三鐵納米材料的形貌和粒徑，方法 簡單、價廉和高效。
(4) 所得四氧化三鐵納米材料具有很強的磁性，其飽和磁化率接近四 氧化三鐵塊體材料(92 emu/g)。其中250納米四氧化三鐵多面體的飽和磁化率 為90. 3 emu/g， 50納米四氧化三鐵多面體的飽和磁化率為83. 8 emu/g。
(5) 該發(fā)明涉及原料易得，制備工藝簡單，不需要復雜昂貴的設(shè)備， 可望實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明所得產(chǎn)物具有粒徑均勻可控、磁性更強等特點，可應用于包括藥物、 蛋白質(zhì)及基因的靶向運輸及釋放和臨床診斷在內(nèi)的生物醫(yī)藥領(lǐng)域，在化學化工、 能源、紡織及環(huán)境等領(lǐng)域也具有良好的應用前景。


圖1為在22(TC溶劑熱12小時得到的不同形貌和粒徑強磁性四氧化三鐵納 米材料的X射線粉末衍射譜圖。(a) 250納米多面體(b) 50納米多面體。
圖2為在22(TC溶劑熱12小時得到的250納米多面體結(jié)構(gòu)四氧化三鐵的掃描 電子顯微鏡照片。
圖3為在220。C溶劑熱12小時得到的250納米多面體結(jié)構(gòu)四氧化三鐵的透射 電子顯微鏡照片。
圖4為在220。C溶劑熱18小時得到的100納米多面體結(jié)構(gòu)四氧化三鐵的透射 電子顯微鏡照片。
圖5為在220。C溶劑熱12小時得到的50納米多面體結(jié)構(gòu)四氧化三鐵的掃描 電子顯微鏡照片。
圖6為在220。C溶劑熱12小時得到的50納米多面體結(jié)構(gòu)四氧化三鐵的透射 電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例進一步闡述本發(fā)明，但不僅限于下述實施例。 實施例l
在室溫下，將0.541克水合三氯化鐵和0.371克十二胺溶解于20毫升乙二醇 中，將O. 160克氫氧化鈉溶解于10毫升乙二醇中，混合上述溶液，并加入l毫升 水，室溫攪拌，得到均勻分散的懸浮液。將懸浮液全部轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi)襯中 (內(nèi)襯容量為50毫升)，密封。將內(nèi)襯放入溶劑熱反應裝置，在22(TC下保溫12 小時。反應體系自然冷卻到室溫后，取出產(chǎn)物，用離心法分離產(chǎn)物，分離的產(chǎn) 物用水和無水乙醇各洗滌3次，6(TC空氣中干燥，得到黑色粉末。分析表明，產(chǎn) 物為四氧化三鐵，形貌為多面體，平均粒徑為250納米，飽和磁化率為90.3 e mu/g。實施例2
在室溫下，將0.541克水合三氯化鐵和0.371克十二胺溶解于20毫升乙二醇 中，將ai60克氫氧化鈉溶解于10毫升乙二醇中，混合上述溶液，并加入l毫升 水，室溫攪拌，得到均勻分散的懸浮液。將懸浮液全部轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi)襯中 (內(nèi)襯容量為50毫升)，密封。將內(nèi)襯放入溶劑熱反應裝置，在18(TC下保溫18 小時。反應體系自然冷卻到室溫后，取出產(chǎn)物，用離心法分離產(chǎn)物，分離的產(chǎn) 物用水和無水乙醇各洗滌3次，60。C空氣中干燥，得到黑色粉末。分析表明，產(chǎn) 物為四氧化三鐵，形貌為多面體，平均粒徑為100納米。
實施例3
在室溫下，將0.541克水合三氯化鐵和0.371克十二胺溶解于20毫升乙二醇 中，將O. 160克氫氧化鈉溶解于10毫升乙二醇中，混合上述溶液，并加入2毫升 水，室溫攪拌，得到均勻分散的懸浮液。將懸浮液全部轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi)襯中 (內(nèi)襯容量為50毫升)，密封。將內(nèi)襯放入溶劑熱反應裝置，在22(TC下保溫12 小時。反應體系自然冷卻到室溫后，取出產(chǎn)物，用離心法分離產(chǎn)物，分離的產(chǎn) 物用水和無水乙醇各洗滌3次，6(TC空氣中干燥，得到黑色粉末。分析表明，產(chǎn) 物為四氧化三鐵，形貌為多面體，平均粒徑為50納米，飽和磁化率為83.8 e mu/g。
權(quán)利要求
1. 強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，包括下述步驟(1)以可溶性三價鐵鹽和強堿為原料，以乙二醇為溶劑，加入十二胺和水混合，其中乙二醇和水的體積比在60∶1到10∶1之間；(2)將步驟(1)中所得混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在150-220℃下進行熱處理2-24小時；(3)對步驟(2)中所得產(chǎn)物進行分離，所得分離產(chǎn)物經(jīng)洗滌后干燥。
2、 按權(quán)利要求l所述的強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，其特征在 于所述的強堿為NaOH或KOH或Ca(OH)2 。
3、 按權(quán)利要求l所述的強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，其特征在 于所述的十二胺的濃度為O. Ol — O. 5摩爾/升，三價鐵鹽的濃度為O. Ol — O. 5摩爾/ 升。
4、 按權(quán)利要求2所述的強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，其特征在 于所述的NaOH或KOH或Ca(OH)2的濃度為0. 02— l摩爾/升。
5、 按權(quán)利要求1或2所述的強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，其特征 在于所述的干燥溫度為20— IO(TC 。
全文摘要
本發(fā)明提供了強磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，屬于納米材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明以可溶性三價鐵鹽和強堿為原料，以十二胺為表面活性劑，以乙二醇作為溶劑，并添加不同劑量的水，在室溫下混合，經(jīng)溶劑熱反應后，對產(chǎn)物進行分離、洗滌和干燥。本發(fā)明制得的四氧化三鐵納米材料具有很強的磁性，其飽和磁化率接近四氧化三鐵塊體材料(92emu/g)且具有粒徑均勻可控、磁性更強等特點，可應用于包括藥物、蛋白質(zhì)及基因的靶向運輸及釋放和臨床診斷在內(nèi)的生物醫(yī)藥領(lǐng)域，在化學化工、能源、紡織及環(huán)境等領(lǐng)域也具有良好的應用前景。
文檔編號C01G49/02GK101279769SQ200810036888
公開日2008年10月8日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者曹少文, 朱英杰 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所