超順磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1 ]本發(fā)明涉及磁性材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超順磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁性復(fù)合納米粒通常具有兩種結(jié)構(gòu)，一種結(jié)構(gòu)是以納米磁性粒子(MagneticPart icles, MP)作為內(nèi)核，某一功能化材料為外殼;而另一種結(jié)構(gòu)則相反，其外殼為納米磁性粒子，包括納米磁性粒子作為外殼的中空亞微球等各種復(fù)合結(jié)構(gòu)物質(zhì)的磁性來(lái)源于物質(zhì)內(nèi)部電子和核的磁性質(zhì)。這樣的結(jié)構(gòu)使磁性納米復(fù)合材料具有納米材料的小尺寸效應(yīng)，量子效應(yīng)，強(qiáng)大的比表面積，量子隧道等效應(yīng)，以及其他復(fù)合材料的相關(guān)特性。
[0003]任何帶電體的運(yùn)動(dòng)都必然在它周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，而納米粒子表面的化學(xué)物質(zhì)會(huì)對(duì)粒子的化學(xué)和物理性質(zhì)產(chǎn)生很大影響。對(duì)于納米粒子而言，隨著顆粒的減小，表面原子所占比例越來(lái)越大，導(dǎo)致表面效應(yīng)也越來(lái)越顯著。由于粒子不完全是球形，使表面的磁性金屬離子所處化學(xué)環(huán)境的對(duì)稱度降低，因此粒子表面層的磁結(jié)構(gòu)往往與內(nèi)部的很不相同。這些不同可能會(huì)導(dǎo)致粒子的磁性能發(fā)生變化。
[〇〇〇4] 超順磁性納米顆粒是指具有磁響應(yīng)性的納米級(jí)粒子，其直徑一般小于30nm,當(dāng)磁性納米粒子的粒徑小于其超順磁性臨界尺寸時(shí)，粒子進(jìn)入超磁性狀態(tài)。
[0005]由于磁性四氧化三鐵生物納米顆粒的制作簡(jiǎn)單，具有比表面積效應(yīng)和磁效應(yīng)，在外加磁場(chǎng)的作用下可具有靶向性，且四氧化三鐵的晶體對(duì)細(xì)胞無(wú)毒。在磁性四氧化三鐵的晶體表面可很容易地包埋生物高分子，如多聚糖、蛋白質(zhì)等形成核殼式結(jié)構(gòu)，可使其達(dá)到生物相容性，使其有越來(lái)越多的應(yīng)用研究領(lǐng)域。但是一般合成方法復(fù)雜，或者需要高成本的添加劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超順磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，采用金屬鹽離子作為形貌控制劑降低成本。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008] 一種超順磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，它包括以下步驟:
[0009](1)硫酸亞鐵水溶液的制備；
[0010] (2)向步驟(1)硫酸亞鐵水溶液中加入硝酸鋰和鎢酸鈉至極高濃度并加熱使之溶解；
[0011] (3)將步驟(2)所得混合溶液置于水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)；
[0012] (4)將步驟(3)所得產(chǎn)物取出離心烘干；
[〇〇13] (5)對(duì)步驟(4)所得粉末進(jìn)行退火，制得超順磁性四氧化三鐵納米材料。
[0014]其中:
[0015]步驟(1):配置硫酸亞鐵溶液所使用的雙蒸水先煮沸趕走空氣，所述硫酸亞鐵水溶液的摩爾濃度為0.lmol/L?0.4mol/L。體積為15mL，反應(yīng)所用燒瓶中通氮?dú)?分鐘趕走空氣。
[0016]步驟(2):硝酸鋰濃度為4.lmol/L，鎢酸鈉與硫酸亞鐵等濃度。加熱溫度為65攝氏度。
[0017]步驟(3):取上述反應(yīng)溶液1.5mL置于反應(yīng)釜中，水熱反應(yīng)釜為金屬外殼，25mL特氟龍內(nèi)膽，反應(yīng)溫度為120攝氏度，時(shí)間為6小時(shí)。
[〇〇18] 步驟(4):離心轉(zhuǎn)速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。[〇〇19]步驟(5):退火處理為500攝氏度2小時(shí)，氮?dú)鈿夥?，?降溫速度均為2攝氏度每分鐘。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述制得的超順磁性四氧化三鐵納米材料具有以下優(yōu)占.[0021 ](1)制備方法簡(jiǎn)單，一步成型，反應(yīng)濃度極高，產(chǎn)率高。
[〇〇22](2)制備條件相對(duì)溫和，120攝氏度水熱，無(wú)需額外加壓。
[〇〇23](3)原料成本低，反應(yīng)便于調(diào)控。
[0024](4)廣品具備良好的超順磁性，有很尚的飽和磁通量。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是實(shí)施例1所制得的四氧化三鐵納米顆粒的掃描電鏡圖。
[0026]圖2是實(shí)施例2所制得的四氧化三鐵納米顆粒的掃描電鏡圖。
[〇〇27]圖3是實(shí)施例1所制得的四氧化三鐵納米顆粒的磁滯回線圖。
[〇〇28]圖4是實(shí)施例2所制得的四氧化三鐵納米顆粒的磁滯回線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]一種超順磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，它包括以下步驟:
[0032]步驟一，配置硫酸亞鐵溶液所使用的雙蒸水先煮沸趕走空氣，反應(yīng)所使用的燒瓶通氮?dú)馕宸昼娳s走空氣，以防止步驟二的加熱過(guò)程中二價(jià)鐵離子被氧化;本實(shí)施例中，硫酸亞鐵水溶液的摩爾濃度為〇.lmol/L，總體積為15mL;
[0033]步驟二，加入0.424g硝酸鋰和與硫酸亞鐵等摩爾量的鎢酸鈉，在.65°C下加熱至溶解完全，得到混合溶液。本實(shí)施例中，硝酸鋰的摩爾濃度為4.lmol/L;
[0034]步驟三，取出1.5mL上述溶液置于25mL特氟龍內(nèi)膽中，加入氨水100yL，將特氟龍內(nèi)膽裝入金屬外殼中，120°C反應(yīng)6小時(shí)；
[〇〇35] 步驟四，對(duì)步驟三完成后的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，轉(zhuǎn)速為9000rpm，水洗3遍，乙醇洗3遍，所得產(chǎn)品在60°C下真空干燥6小時(shí)。
[〇〇36] 步驟五，對(duì)步驟四得到的粉末進(jìn)行退火，退火處理為500攝氏度2小時(shí)，氮?dú)鈿夥?，?降溫速度均為2攝氏度每分鐘。
[〇〇37]本實(shí)施例的一種超順磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法所制得的超順磁性四氧化三鐵納米顆粒為一種平均直徑為20nm左右的納米顆粒。常溫298K下表現(xiàn)出超順磁性，最大飽和磁通密度為40.22emu/g。相比于Sun等的文章可得知，通過(guò)油酸鈉等有機(jī)添加劑方法合成的四氧化三鐵納米顆粒，當(dāng)粒徑縮小到8nm，最大飽和磁通密度才能達(dá)到41.22emu/g〇(J.Sun,S.Zhou，P.Hou，Υ.Yang，J.Weng，Χ.Li and M.Li,J.B1med.Mater.Res.,Part A,2007，80A，333.)因此，本發(fā)明方法技術(shù)方案效果顯著。
[〇〇38]實(shí)施例2,同實(shí)施例1，其中硫酸亞鐵和鎢酸鈉的濃度改為0.4mol/L，通過(guò)圖2可以看出，更高濃度下所得到的四氧化三鐵納米晶體進(jìn)一步長(zhǎng)大成為納米棒。通過(guò)圖4可以看出，隨著納米晶體的長(zhǎng)大，超順磁性消失，最大飽和磁通量下降為6.94emu/g，剩余磁化強(qiáng)度為2.25emu/g，矯頑力為96.3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的制備方法，它包括以下步驟:(1)硫酸亞鐵水溶液的制備；(2)向步驟一硫酸亞鐵水溶液中加入硝酸鋰和鎢酸鈉至極高濃度并加熱使之溶解；(3)將步驟二所得混合溶液置于水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)；(4)將步驟三所得產(chǎn)物取出離心烘干；(5)對(duì)步驟四所得粉末進(jìn)行退火，制得超順磁性四氧化三鐵納米材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟(1)中配置硫酸亞鐵溶液所使用的雙蒸水先煮沸趕走空氣，所述硫酸亞鐵水溶液的摩爾濃度為〇.lmol/L?0.4mol/L。體積為15mL，反應(yīng)所用燒瓶中通氮?dú)?分鐘趕走空氣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟(2)中硝酸鋰濃度為4.lmol/L，鎢酸鈉與硫酸亞鐵等濃度;加熱溫度為65攝氏度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟(3)中取上述反應(yīng)溶液1.5mL置于反應(yīng)釜中，水熱反應(yīng)釜為金屬外殼，25mL特氟龍內(nèi)膽，反應(yīng)溫度為120攝氏度，時(shí)間為6小時(shí)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟(4)中離心轉(zhuǎn)速為9000rpm，離心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60攝氏度真空干燥。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟(5)中退火處理為500攝氏度2小時(shí)，氮?dú)鈿夥?，?降溫速度均為2攝氏度每分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的制備方法，屬于磁性材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明使用硫酸亞鐵，鎢酸鈉，硝酸鋰作為原料，通過(guò)水熱反應(yīng)一步生成四氧化三鐵納米顆粒，離心烘干后對(duì)所得的納米晶進(jìn)行高溫處理穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。本制備方法簡(jiǎn)單，一步成型，反應(yīng)濃度高，產(chǎn)率高；制備條件相對(duì)溫和，120攝氏度水熱，無(wú)需額外加壓；原料成本低，反應(yīng)便于調(diào)控；產(chǎn)品具備良好的超順磁性，有很高的飽和磁通量。
【IPC分類】B82Y30/00, C01G49/08
【公開號(hào)】CN105502514
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511002516
【發(fā)明人】邢周昊, 吳慶生
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月27日