專利名稱：納米鐵的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵超微粒子的制備方法，屬輻射化學(xué)制造納米材料工藝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于磁性納米粒子在試劑實(shí)際應(yīng)用中的廣泛前景，有關(guān)磁性納米粒子的制備方法及性質(zhì)的研究受到很大的重視，在磁記錄材料方面，磁性納米粒子可望取代傳統(tǒng)的微米級(jí)磁粉，用于高密度磁記錄材料；在生物領(lǐng)域，以其為載體制成導(dǎo)向劑，可使藥物在外磁場(chǎng)的作用下聚集于體內(nèi)的局部，從而對(duì)病理位置進(jìn)行高濃度的藥物治療，特別適于癌癥、結(jié)核等有固定病灶的疾病。
合成具有超順磁性的納米磁性粒子，實(shí)現(xiàn)磁性粒子與高分子材料的均勻復(fù)合，制備具有各種功能基團(tuán)的磁性微球，能廣泛應(yīng)用于生物分子的分離、標(biāo)記及疾病診斷。
使用輻射化學(xué)方法來制備納米材料，目前比較廣泛使用的方法為γ射線輻射法，但是，國(guó)內(nèi)外很少有電子加速器作為輻射源來制備納米材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供采用另一種輻射源，即采用高頻高壓工業(yè)電子加速器產(chǎn)生的電子束作為輻射源來合成納米金屬鐵的方法。
一種納米鐵的制造方法，采用輻射化學(xué)方法制備納米材料，其特征在于，該方法的工藝步驟如下a)采用硫酸鐵為原料，將其溶于蒸餾水中，溶液中鐵離子的濃度為0.005-0.02mol/100ml；b)然后加入親水性表面活性劑聚乙烯醇，其濃度為0.4-1.0g/100ml；c)再加入異丙醇作為氧化性自由基OH·清除劑；其濃度為15-30ml/100ml，并且再加入氨水，形成氫氧化鐵膠體溶液；d)將上述配制好的混合溶液裝入輻照容器中，并充入氮?dú)庖耘懦芤褐械难鯕猓缓竺芊廨椪杖萜?；e)采用高頻高壓工業(yè)電子加速器，在工作范圍為2.0MeV、10mA的地那米電子加速器下以不同的輻照劑量進(jìn)行輻照，劑量范圍為100-550Kgy；f)將輻照后的溶液用去離子水和無水乙醇洗滌多次，再用磁分離裝置進(jìn)行分離，反復(fù)多次，以去除溶液中未反應(yīng)的鐵離子以及親水性表面活性劑聚乙烯醇；g)然后在真空干燥箱中將所得樣品進(jìn)行常溫干燥10-15小時(shí)，即可得到黑色的納米四氧化三鐵粉末，再用高純氫氣還原，得到納米鐵粉末。
本發(fā)明中主要利用輻射化學(xué)原理，采用硫酸鐵作為鐵的來源，以氨水作為沉淀劑，形成氫氧化鐵膠體溶液，利用工業(yè)電子加速器產(chǎn)生的電子束將水溶液電離所產(chǎn)生的還原態(tài)氫H·、水合電子e-aq等具有還原性粒子與氫氧化鐵膠體反應(yīng)，得到納米四氧化三鐵，再用高純氫氣還原四氧化三鐵，即可得納米鐵。加入親水性表面活性劑控制晶核的生長(zhǎng)速率，而控制顆粒的尺寸，使顆粒達(dá)到納米級(jí)。另外異丙醇的加入是作為氧化性自由基OH·的清除劑。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是在常溫常壓下，無需加入任何催化劑，用電子束輻射方法來制備納米鐵。該方法工藝過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，無污染，并且制備所得的納米鐵顆粒粒徑大小均勻，分散性好。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后實(shí)施例一本實(shí)施例的具體工藝步驟如下a.首先，用FA1004皿式電子天平稱取一定量的硫酸鐵，將其溶于蒸餾水中，使溶液鐵離子的濃度達(dá)到0.015mol/100ml；b.然后加入親水性的表面活性劑聚乙烯醇PVA，濃度為0.8g/100ml；c.再加入異丙醇IPA作為氧化性自由基OH·的清除劑，濃度為30ml/100ml，并加入氨水，形成氫氧化鐵膠體溶液；d.將上述配制好的溶液裝入輻照容器中，充入氮?dú)庖耘懦芤褐械难鯕猓缓髮⑤椪杖萜髅芊?；e.采用高頻高壓工業(yè)電子加速器，在工作范圍為2.0MeV、10mA地那米電子加速器下以400-500KGy的輻照劑量進(jìn)行輻照；f.將輻照后的溶液用去離子水和無水乙醇洗滌三次，再用磁分離技術(shù)進(jìn)行分離，反復(fù)三次，以去除溶液中的未反應(yīng)的鐵離子以及親水性的表面活性劑聚乙烯醇PVA；g.然后在真空干燥箱中進(jìn)行常溫干燥12小時(shí)，可得到黑色的納米四氧化三鐵粉末，然后再用高純氫氣還原，得納米鐵粉末。
本發(fā)明中加入親水性表面活性劑聚乙烯醇，可以對(duì)粒子進(jìn)行表面改性，在粒子表面覆蓋一層聚合物，這樣不但可以穩(wěn)定了粒子和控制了粒子成核的生長(zhǎng)，而且能有效防止溶液揮發(fā)時(shí)因金屬原子顆粒具有高表面能、高化學(xué)能、粒子極易發(fā)生的團(tuán)聚現(xiàn)象。
所得樣品經(jīng)X射線衍射儀XRD測(cè)試，通過衍射圖譜中的特征峰值和JCPDS標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡(Fe-06-0696)的峰值相完全吻合。說明該樣品納米鐵的純度很高。
從JEM-200CX型高分辨透射電子顯微鏡TEM觀察，可見樣品顆粒呈球形，顆粒大小較為均勻。且粒徑分布在51-58.5nm之間。
激光粒徑分布儀分析顯示納米鐵在水中的粒徑分布范圍在40-80nm之間，其主峰出現(xiàn)在53.0nm出，這與TEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持一致。
由差熱掃描熱分析儀DSC的熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所制得納米鐵的熔點(diǎn)為579.8℃，而普通鐵的熔點(diǎn)為1534℃。這表明當(dāng)鐵達(dá)到納米級(jí)時(shí)，材料的性能發(fā)生很大的改變。
通過振蕩磁力計(jì)(EGEG Princeton Applied Research Model 155)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所制備的納米鐵的磁滯回線重疊為一條曲線，這符合單疇軟磁材料的特征，另外，通過數(shù)據(jù)計(jì)算可得，樣品的比飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力分別為110emu/g，46Oe，遠(yuǎn)高于正常商業(yè)用鐵的比飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力，據(jù)報(bào)道商業(yè)用鐵的比飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力為13emu/g和1Oe。因而，本發(fā)明方法所制備的納米鐵可以用于高密度磁記錄材料。
權(quán)利要求
1.一種納米鐵的制造方法，采用輻射化學(xué)方法制備納米材料，其特征在于，該方法的工藝步驟如下a)采用硫酸鐵為原料，將其溶于蒸餾水中，溶液中鐵離子的濃度為0.005-0.02mol/100ml；b)然后加入親水性表面活性劑聚乙烯醇，其濃度為0.4-1.0g/100ml；c)再加入異丙醇作為氧化性自由基OH的清除劑；其濃度為15-30ml/100ml，并且再加入氨水，形成氫氧化鐵膠體溶液；d)將上述配制好的混合溶液裝入輻照容器中，并充入氮?dú)庖耘懦芤褐械难鯕?，然后密封輻照容器；e)采用高頻高壓工業(yè)電子加速器，在工作范圍為2.0MeV、10mA的地那米電子加速器下以不同的輻照劑量進(jìn)行輻照，輻照劑量范圍為100-550KGy；f)將輻照后的溶液用去離子水和無水乙醇洗滌多次，再用磁分離裝置進(jìn)行分離，反復(fù)多次，以去除溶液中未反應(yīng)的鐵離子以及親水性表面活性劑聚乙烯醇；g)然后在真空干燥箱中將所得樣品進(jìn)行常溫干燥10-15小時(shí)，即可得到黑色的納米四氧化三鐵粉末，再用高純氫氣還原，得到納米鐵粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵超微粒子的制備方法，屬于輻射化學(xué)制造納米材料工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法，制備納米材料，以硫酸鐵為原料，氨水為沉淀劑，得氫氧化鐵膠體溶液，利用輻射化學(xué)原理，以異丙醇作為水溶液中自由基清除劑，采用親水性表面活性劑聚乙烯醇來控制晶核的生長(zhǎng)速度和顆粒尺寸，利用工業(yè)電子加速器產(chǎn)生電子束，使發(fā)生輻射化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)輻照后的溶液生成納米四氧化三鐵，再經(jīng)高純氫氣還原，得納米鐵粉末。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，無污染，并且制備所得的納米鈷顆粒粒徑大小均勻，分散性好。本發(fā)明方法制得的納米鐵具有較高的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力，可以用于高密度磁記錄材料。
文檔編號(hào)B22F9/16GK1631587SQ20041008428
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者周瑞敏, 何林鋒 申請(qǐng)人:上海大學(xué)