專利名稱：一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種具有磁性和熒光性質(zhì)的納米復(fù)合材料制 備方法。
背景技術(shù)：
目前，熒光材料和磁性材料因?yàn)槠錈晒饧按判孕再|(zhì)已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開展高 水平研究的重要手段，并在免疫分析、藥物分析、疾病診斷、色譜分離、細(xì)胞及活體成像等方 面得到了廣泛地應(yīng)用。隨著研究的深入，單一熒光或磁性材料已經(jīng)難以滿足各學(xué)科發(fā)展的 需求，在這種背景下，磁性熒光多功能納米材料應(yīng)運(yùn)而生。與單一功能的熒光探針或磁性材 料探針相比，磁性熒光多功能納米探針同時(shí)具有磁性材料及熒光材料的優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn) 磁性分離、靶向識(shí)別、熒光成像及磁共振成像等多種功能，具有很好的應(yīng)用前景，已經(jīng)受到 材料學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域研究者的高度關(guān)注。磁性納米粒子與熒光材料的結(jié)合制備磁性熒光多功能納米粒子的方式多種多樣， 諸如摻雜法、偶聯(lián)法、包埋法、微乳液法、熱交聯(lián)、序貫滴加法、自然生長(zhǎng)法。摻雜法是將納米 熒光材料表面包覆一層磁性材料或在磁性納米粒子表面進(jìn)一步包覆熒光材料(典型文獻(xiàn) 包括Kim H, AchermannM, Balet L P, Hollingsworth J A, Klimov V I. ； J. Am. Chem. Soc., 2005,127(2) 544 ；Gu H, Zheng R, Zhang X and Xu B. J. Am. Chem. Soc. ,2004,126(18) 5664.)。偶聯(lián)法是采用一種交聯(lián)試劑將一定數(shù)量的磁性材料及熒光材料偶聯(lián)成納米尺寸的 多功能材料(典型文獻(xiàn)包括Lee H，Yu M K，ParkS, Moon S，Min J J, J eong Y Y，Kang H W, and Jon S, J. Am. Chem. Soc. ,2007,129(42) :12739 ；Lee J H,J un Y, Yeon S I, Shin J S. Cheon J, Chem. Int. Ed. ,2006,45(48) :8160.)。包埋法是將納米材料及磁性材料共同包 埋到同一種介質(zhì)材料中，目前，聚苯乙烯微球、二氧化硅及多孔硅是常用的包埋材料(典型 文獻(xiàn)包括:Xie H Y, Zuo C, Liu Y, Zhang Z L, Pang D W, LiX L, Gong J P, Dickinson C, Zhou W Z，Small,2005，1(5)506 ；Wang G P, Song E Q, Xie H Y,Zhang Z L，Tian Z Q,Zuo C, Pang D W, Wu D C, Shi Y B，Chem. Commun·，2005，(34) 4276.)，而直接將磁性納米粒子包 埋到碳的熒光材料卻未有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種以熒光碳納米粒子作為 熒光基底，以四氧化三鐵作為磁性核質(zhì)，制備兼有熒光和磁性性質(zhì)的納米粒子的方法。本發(fā)明的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟步驟一以碳水化合物為前軀體，通過水熱方法合成具有熒光性質(zhì)的碳納米粒 子；步驟二 將步驟一中所制得的熒光碳納米粒子配成水溶液，保證其充分分散；步驟三將二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽加入步驟二所配制成的碳納米粒子水溶液中，保證充分分散，向溶液中鼓吹氮?dú)?，趕走溶液中溶解的氧后，繼續(xù)充氮?dú)鈹嚢枞r(shí)，通入的 氮?dú)饬恳远r(jià)鐵不被氧氣氧化為準(zhǔn)；步驟四向步驟三制得的水溶液中加入堿性溶液，并通氮?dú)?，在攪拌下反?yīng)；步驟五將步驟四中所制得的反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)洗滌分離，即得具有磁性和熒光性質(zhì)的 碳/四氧化三鐵納米復(fù)合材料。進(jìn)一步的，上述一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其中所述碳水化合物包 括葡萄糖、蔗糖和淀粉，但不局限于這些化合物。進(jìn)一步的，上述一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其中所述碳納米粒子水 溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30w%。進(jìn)一步的，上述一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其中所述二價(jià)鐵鹽包括 FeSO4 · 7H20，所述三價(jià)鐵鹽包括!^eCl3，所述堿性溶液為氫氧化鈉溶液。更進(jìn)一步的，上述一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其中所述二價(jià)鐵鹽與 三價(jià)鐵鹽的摩爾比為2 1，所述氫氧化鈉與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為8 1。進(jìn)一步的，上述一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其中所述步驟二中所制 得的反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)乙醇、水交替洗滌，洗去多余的鹽。進(jìn)一步的，上述一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其中所述步驟二中所制 得的反應(yīng)產(chǎn)物，用外加磁場(chǎng)分離出來。進(jìn)一步的，上述的一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其中所述水熱方法的 步驟包括步驟1 所述碳水化合物為葡萄糖，將葡萄糖配置成溶液，裝入聚四氟乙烯內(nèi)襯， 放入配套的不銹鋼水熱釜里；步驟2 把步驟1中所述水熱釜放到電子烘箱里，在溫度160°C下，反應(yīng)4小時(shí)；步驟3 將步驟2中反應(yīng)后得到的棕紅溶液，10000轉(zhuǎn)/分鐘離心15分鐘，并用二 次水、乙醇交替清洗三次；步驟4 將步驟3得到的產(chǎn)品放入60°C的真空干燥箱中干燥，即得具有熒光性質(zhì)的 碳納米粒子。本發(fā)明所述方法將磁性的納米粒子四氧化三鐵包裹在碳納米粒子的內(nèi)部，制備了 同時(shí)具有磁性和熒光性質(zhì)的納米復(fù)合材料，操作簡(jiǎn)單方便，不擔(dān)心引入其他的有機(jī)溶劑；也 提供了一種合成碳與其他金屬、金屬氧化物、金屬鹽的復(fù)合方法。


圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施例中制得的熒光碳納米粒子的熒光光譜圖；圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例中制得的磁性熒光納米復(fù)合材料的電鏡圖；圖3a是本發(fā)明具體實(shí)施例中制得的磁性熒光納米復(fù)合材料及四氧化三鐵的XRD 圖；圖北是本發(fā)明具體實(shí)施例中制得的磁性熒光納米復(fù)合材料的XPS圖；圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例中制得的磁性熒光納米復(fù)合材料的熒光光譜圖；圖5是本發(fā)明具體實(shí)施例中制得的磁性熒光納米復(fù)合材料的磁滯回線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是利用水熱的方法合成熒光碳納米粒子，然后用吸附的方法合成碳/四氧 化三鐵的磁性熒光納米復(fù)合材料。利用四氧化三鐵在外加磁場(chǎng)的條件下對(duì)其進(jìn)行提取和純 化，即可得到具有磁性和熒光性質(zhì)的納米材料。 下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不局限于此。下述實(shí) 施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可 從商業(yè)途徑獲得。將葡萄糖配成0. 04g/mL的溶液(葡萄糖為化學(xué)純，所用的溶劑為去離子水)。將 所配的葡萄糖溶液裝入聚四氟乙烯內(nèi)襯，放入配套的不銹鋼水熱釜里(水熱釜的規(guī)格根據(jù) 所要獲得的產(chǎn)品量選擇)。把水熱釜放到電子烘箱里，溫度控制在160°C，反應(yīng)4小時(shí)。然 后將反應(yīng)后得到的棕紅溶液，10000轉(zhuǎn)/分鐘離心15分鐘，并用二次水、乙醇交替清洗三次。 放入60°C的真空干燥箱中干燥。所得的熒光碳納米粒子分散到水中進(jìn)行熒光光譜的測(cè)試， 如圖1所示，所得的碳納米粒子具有熒光性質(zhì)，其熒光光譜隨著激發(fā)波長(zhǎng)的改變而發(fā)生移 動(dòng),激發(fā)波長(zhǎng)分別為500nm，450nm, 400nm, 350nm, 300nm。圖1中曲線A、B、C、D和E代表激 發(fā)波長(zhǎng)為500nm，450nm，400nm，350nm，300nm時(shí)的熒光光譜圖。上述所得的碳納米粒子分散在水中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在20W%左右，通入氮?dú)獬酢?然后向該溶液中加入FeCl3和FeSO4 · 7H20( 二價(jià)鐵離子與三價(jià)鐵離子的摩爾比為2:1)， 劇烈地機(jī)械攪拌并保持通氮?dú)獾臓顟B(tài)，以達(dá)到二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子進(jìn)入碳納米粒子內(nèi) 部，及二價(jià)鐵離子不被氧化的目的。至少攪拌3小時(shí)，之后逐滴向溶液中加入一定量的氫氧 化鈉溶液(二價(jià)鐵離子與氫氧化鈉的摩爾比為1:8)。在機(jī)械攪拌的條件下反應(yīng)2 3小 時(shí)，用外加磁場(chǎng)將產(chǎn)物分離出來，用水、乙醇交替清洗幾次，利用四氧化三鐵能在外加磁場(chǎng) 的條件下被吸附對(duì)其進(jìn)行提取，最終將具有磁性和熒光性質(zhì)的碳/四氧化三鐵納米復(fù)合材 料分離出來。放入真空干燥箱里60°C真空干燥。為表征產(chǎn)物的形貌、組成、熒光、磁性性質(zhì)， 分別作了 SEM、TEM、XRD、XPS、熒光光譜儀、磁滯回線。電鏡照片如圖2，主圖為SEM，內(nèi)插圖 為TEM ；產(chǎn)物的XRD及XPS如圖3，圖3a是磁性熒光納米復(fù)合材料及四氧化三鐵的XRD圖， 圖北是其磁性熒光納米復(fù)合材料的XPS圖；熒光光譜如圖4，其中曲線A、B和C代表激發(fā)波 長(zhǎng)為400nm，350nm, 300nm時(shí)的熒光光譜圖。上述圖譜表示磁性熒光納米粒子具有很好的熒 光性質(zhì)。磁滯回線如圖5，由圖可知其飽和磁化強(qiáng)度為44. 2emu/g,并且磁化強(qiáng)度在20000e 時(shí)趨于飽和，說明磁性熒光納米復(fù)合材料具有磁性。上述的實(shí)施例中，可以將葡萄糖換成其他的碳水化合物，例如，蔗糖、淀粉等。上述的實(shí)施例中，可以將四氧化三鐵換成其他的磁性氧化物等。
權(quán)利要求
1.一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一以碳水化合物為前軀體，通過水熱方法合成具有熒光性質(zhì)的碳納米粒子； 步驟二 將步驟一中所制得的熒光碳納米粒子配成水溶液，保證其充分分散； 步驟三將二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽加入步驟二所配制成的碳納米粒子水溶液中，保證充分分散，向溶液中鼓吹氮?dú)?，趕走溶液中溶解的氧后，繼續(xù)充氮?dú)鈹嚢枞r(shí)； 步驟四向步驟三制得的水溶液中加入堿性溶液，并通氮?dú)猓跀嚢柘路磻?yīng)； 步驟五將步驟四中所制得的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)洗滌分離，即得具有磁性和熒光性質(zhì)的碳/ 四氧化三鐵納米復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述 碳水化合物包括葡萄糖、蔗糖和淀粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述 碳納米粒子水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20W% 30W%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述 二價(jià)鐵鹽包括!^SO4 · 7H20，所述三價(jià)鐵鹽包括!^eCl3，所述堿性溶液為氫氧化鈉溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述 二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為2 1，所述氫氧化鈉與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為8 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述 步驟二中所制得的反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)乙醇、水交替洗滌。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述 步驟二中所制得的反應(yīng)產(chǎn)物用外加磁場(chǎng)分離出來。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述 水熱方法的步驟包括步驟1 所述碳水化合物為葡萄糖，將葡萄糖配置成溶液，裝入聚四氟乙烯內(nèi)襯，放入 配套的不銹鋼水熱釜里；步驟2 把步驟1中所述水熱釜放到電子烘箱里，在溫度160°C下，反應(yīng)4小時(shí)； 步驟3 將步驟2中反應(yīng)后得到的棕紅溶液，10000轉(zhuǎn)/分鐘離心15分鐘，并用二次水、 乙醇交替清洗三次；步驟4 將步驟3得到的產(chǎn)品放入60°C的真空干燥箱中干燥，即得具有熒光性質(zhì)的碳納 米粒子。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種磁性熒光納米復(fù)合材料的制備方法，首先，通過水熱方法合成具有熒光性質(zhì)的碳納米粒子；然后，用吸附的方法，將二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽加入碳納米粒子水溶液中，用氮?dú)獗Ｗo(hù)，再加入堿性溶液，攪拌下反應(yīng)；最后，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)洗滌分離，即得具有磁性和熒光性質(zhì)的碳/四氧化三鐵納米復(fù)合材料。本發(fā)明所述方法將磁性的納米粒子四氧化三鐵包裹在碳納米粒子的內(nèi)部，制備了同時(shí)具有磁性和熒光性質(zhì)的納米復(fù)合材料，操作簡(jiǎn)單方便，不擔(dān)心引入其他的有機(jī)溶劑；也提供了一種合成碳與其他金屬、金屬氧化物、金屬鹽的復(fù)合方法。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK102071018SQ20101060412
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者何小蝶, 劉陽, 康振輝, 李海濤, 黃慧 申請(qǐng)人:蘇州方昇光電裝備技術(shù)有限公司