一種制備四氧化三鐵納米棒的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備四氧化三鐵納米棒的方法。采用一步溶劑熱法，利用超支化聚縮水甘油醚和油酸間的親疏水性差異可形成納微級膠束/囊泡，通過其自組裝形成的棒狀“微反應器”限制/引導四氧化三鐵晶體的生長，制備了直徑為30～100nm、長度為200～500nm的四氧化三鐵納米棒。由于超支化聚縮水甘油醚和油酸形成的納微級膠束/囊泡表面呈現(xiàn)隨機親和性，因此，所得到的棒狀四氧化三鐵表面分布眾多活性基團，為它的二次功能化提供了可能的位點，應用范圍得到拓展。
【專利說明】一種制備四氧化三鐵納米棒的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，屬于納米材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]磁性四氧化三鐵納米材料是集納米材料和磁性材料于一身的新型多功能材料，因具有獨特的光、電、熱、磁等常規(guī)固體所不具有的性能而成為關注焦點。它良好的生物相容性，獨特的電學和磁學性能，決定了它在腫瘤的高熱治療、靶向藥物載體、微波吸收、污水處理、催化劑載體、細胞分離、生物傳感器、磁記錄材料等領域有著廣闊的應用前景。納米磁性材料的性能不僅取決于其化學組成，還與材料的結構和形貌有著密切關系。到目前為止，人們采用多種物理化學方法制備了單分散的四氧化三鐵納米顆粒、四氧化三鐵八面體、納米棒、納米線、納米鏈、納米管、納米錐陣列、空心微球、三維超晶格、納米花和納米片等納米結構。磁性四氧化三鐵納米材料的形貌結構與其制備方法關系密切，因此制備方法一直是該領域的研究熱點。其中四氧化三鐵納米棒結構因具有明顯的形狀各向異性，很高的矯頑力，在電子、光電及自旋電子器件等許多方面表現(xiàn)出的巨大應用潛力，一直是該領域研究熱點。
[0003]四氧化三鐵納米棒制備的關鍵在于為Fe2+前驅體提供一個棒狀生長空間，通用方法是加入表面修飾劑或保護劑，目前常用的有聚乙二醇、乙二胺、檸檬酸鈉等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題提供一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，采用溶劑熱法，選用親水性的超支化聚縮水甘油醚和疏水性油酸同時作為保護劑，利用二者間形成微膠粒的自組裝行為形成相應的棒狀空間，保證四氧化三鐵的定向生長并提供良好表面活性。
[0005]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:提供一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，包括如下步驟:
(1)將濃度為0.001 g/L~100 g/L的超支化聚縮水甘油醚的水溶液緩慢滴加至濃度% 0.0Olg/L^lOO g/L的Fe2+水溶液中，超支化聚縮水甘油醚與Fe2+的質量比為1:100~100:1,再攪拌反應10~60min,得到復合液；按ml/g的體積質量比，油酸與Fe2+的體積質量比為1:10~1000:1,將油酸緩慢滴加到復合液中，在100r/min~1000r/min攪拌條件下，再緩慢滴加堿性溶液，堿與Fe2+的質量比為1:10~10:1，混合均勻后，得到Fe2+的前驅體復合液；
(2)將Fe2+的前驅體復合液置于水熱反應釜中，在130~250°C的溫度條件下反應5~20h，取出產(chǎn)物后，在轉速為4000~12000r/min的條件下，經(jīng)極性或非極性溶劑離心洗滌后，再將產(chǎn)物分散于極性或非極性溶劑中，得到直徑為30~lOOnm、長度為200~500nm的四氧化三鐵納米棒溶液。
[0006]上述技術方案中:
所述 Fe2+ 水溶液為(NH4) 2Fe (SO4) 2.6H20、FeSO4.7Η20 或 FeCl2.4Η20 的水溶液中的一種。[0007]所述堿性溶液為NaOH、KOH或NH3的水溶液，或為NaOH、KOH或NH3的有機溶劑溶液。
[0008]所述極性溶劑為水、甲醇、乙醇、正丙醇、丙酮、乙酸乙酯中的一種，或多種。
[0009]所述非極性溶劑為石油醚、環(huán)己烷、四氯化碳、甲苯、苯、氯仿中的一種，或多種。
[0010]所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、乙二醇、正丁醇或辛醇中的一種。
[0011]本發(fā)明所述的超支化聚縮水甘油醚為現(xiàn)有技術，其制備方法參見文獻“Synthesis, Characterization, and Viscoelastic Properties of High MolecularWeight Hyperbranched Polyglycerols，，，(Rajesh Kumar Kainthan, Edward B.Muliawan,et al.Macromolecules 2006, 39, 7708-7717)。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
(I)本發(fā)明采用一步溶劑熱法，以超支化聚縮水甘油醚和油酸作為保護劑制備四氧化三鐵納米棒。利用超支化聚縮水甘油醚和油酸間的親疏水性差異，它們先形成納微級膠束/囊泡，進一步通過自組裝形成棒狀“微反應器”，從而限制/引導四氧化三鐵晶體的生長。
[0013](2)由于親疏水性差異的原因，超支化聚縮水甘油醚和油酸形成的納微級膠束/囊泡表面呈現(xiàn)隨機親和性，其保護作用下所形成棒狀四氧化三鐵表面分布眾多活性基團，為它的二次功能化提供了可能的位點，可提升其潛在價值并拓展其應用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例提供的四氧化三鐵的XRD譜圖；
圖2和圖3分別是本發(fā)明實施例提供的四氧化三鐵納米棒放大20K倍和放大60K倍的SEM 圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案作詳細敘述。
[0016]實施例1:
取(NH4)2Fe (SO4) 2.6H20 0.784g溶于20mL去離子水中，0.5g超支化聚縮水甘油醚溶于IOmL去離子水中，快速攪拌下，將超支化聚縮水甘油醚溶液緩慢滴加至(NH4) 2Fe (SO4) 2.6H20水溶液中，攪拌20min后，將IOmL油酸緩慢滴加到上述復合液中，混合均勻；取Ig NaOH溶于IOmL乙醇中，所得NaOH溶液逐滴加入到上述Fe2+前驅體溶液中，快速攪拌30min后所得Fe2+的前驅體復合液轉移至水熱反應釜中，180°C反應10h，取出產(chǎn)物依次經(jīng)去離子水、無水乙醇在6000r/min離心洗滌，洗滌后產(chǎn)物重新分散于去離子水中，得到直徑為3(T100nm、長度為20(T500nm的四氧化三鐵納米短棒溶液。
[0017]參見附圖1，它是本實施例獲得的四氧化三鐵的XRD譜圖。與四氧化三鐵XRD標準卡片(JCPDS N0.26-1136)對照可知，其XRD衍射峰與四氧化三鐵XRD的標準譜圖完全對應，9個衍射峰分別對應為四氧化三鐵的(111)、(220)、(311)、(222)、(400)、(422)、(511)、(440)和(533)晶面的衍射峰，表明本方法制備得到的溶液為四氧化三鐵溶液。
[0018] 附圖2和圖3分別是本實施例獲得的四氧化三鐵的SEM圖。由圖2(放大20K倍)、圖3 (放大60K倍)可知，四氧化三鐵納米棒分散良好，直徑約30~lOOnm、長度約200~500nm,且分布均勻。[0019]實施例2:
取FeSO4WH2O 1.112g溶于40mL去離子水中，1.5g超支化聚縮水甘油醚溶于20mL乙醇中，快速攪拌下，將超支化聚縮水甘油醚溶液緩慢滴加至FeSO4.7H20水溶液中，攪拌20min后，將20mL油酸緩慢滴加到上述復合液中，混合均勻；取2g KOH溶于20mL正丁醇中，所得KOH溶液逐滴加入到上述Fe2+前驅體溶液中，快速攪拌40min后所得Fe2+的前驅體復合液轉移至水熱反應釜中，170°C反應13h后，取出產(chǎn)物依次經(jīng)去離子水、丙酮在8000r/min離心洗滌，洗滌后產(chǎn)物重新分散于環(huán)己烷中，得到直徑為5(T80nm、長度為25(T500nm的四氧化三鐵納米短棒溶液。
[0020]實施例3:
取FeCl2.4H20 0.796g溶于40mL去離子水中，0.8g超支化聚縮水甘油醚溶于20mL乙二醇中，快速攪拌下，將超支化聚縮水甘油醚溶液緩慢滴加至FeCl2.4H20水溶液中，攪拌18min后，將12mL油酸緩慢滴加到上述復合液中，混合均勻；取22mL濃度為28%的氨水溶液逐滴加入到上述Fe2+前驅體溶液中，快速攪拌30min后所得Fe2+的前驅體復合液轉移至水熱反應釜中，200°C反應8h后，取出產(chǎn)物依次經(jīng)去離子水、乙酸乙酯在8000r/min離心洗滌，洗滌后產(chǎn)物重新分散于去離子水中，得到直徑為5(T100nm、長度為200~400nm的四氧化三鐵納米棒溶液。
[0021]本發(fā)明充分利用了超支化聚縮水甘油醚和油酸間的親疏水性差異，二者在溶液中形成隨機親水性的納微級膠粒/團簇，借助其自組裝保護作用成功制備了四氧化三鐵納米棒，其表面活性基團 眾多，便于二次功能化。
【權利要求】
1.一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將濃度為0.0OI g/L~100 g/L的超支化聚縮水甘油醚的水溶液緩慢滴加至濃度% 0.0Olg/L^lOO g/L的Fe2+水溶液中，超支化聚縮水甘油醚與Fe2+的質量比為1:100~100:1,再攪拌反應10~60min,得到復合液；按ml/g的體積質量比，油酸與Fe2+的體積質量比為1:10~1000:1,將油酸緩慢滴加到復合液中，在100r/min~1000r/min攪拌條件下，再緩慢滴加堿性溶液，堿與Fe2+的質量比為1:10~10:1，混合均勻后，得到Fe2+的前驅體復合液； (2)將Fe2+的前驅體復合液置于水熱反應釜中，在130~250°C的溫度條件下反應5~20h，取出產(chǎn)物后，在轉速為4000~12000r/min的條件下，經(jīng)極性或非極性溶劑離心洗滌后，再將產(chǎn)物分散于極性或非極性溶劑中，得到直徑為30~lOOnm、長度為200~500nm的四氧化三鐵納米棒溶液。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，其特征在于:所述Fe2+水溶液為(NH4)2Fe (SO4)2.6H20、FeSO4.7H20 或 FeCl2.4H20 的水溶液中的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，其特征在于:所述堿性溶液為NaOH、KOH或NH3的水溶液。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，其特征在于:所述堿性溶液為NaOH、KOH或NH3的有機溶劑溶液。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，其特征在于:所述極性溶劑為水、甲醇、乙醇、正丙醇、丙酮、乙酸乙酯中的一種，或多種。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，其特征在于:所述非極性溶劑為石油醚、環(huán)己烷、四氯化碳、甲苯、苯、氯仿中的一種，或多種。
7.根據(jù)權利要求1或4所述的一種制備四氧化三鐵納米棒的方法，其特征在于:所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、乙二醇、正丁醇或辛醇中的一種。
【文檔編號】B82Y30/00GK103979613SQ201410221131
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2014年5月23日
【發(fā)明者】陳宇岳, 熊佳慶, 徐思峻, 林紅 申請人:蘇州大學