專(zhuān)利名稱(chēng)：一種磁性Fe₃O₄納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁性納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種磁性!^e3O4納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料因其特有的功能和性質(zhì)，在納米光、電、磁等諸多領(lǐng)域都有著重要的作用。納米材料的性能取決于其形貌結(jié)構(gòu)和粒子大小，因此控制合成獨(dú)特形貌結(jié)構(gòu)的納米材料越來(lái)越受到人們高度重視。由于納米磁性材料具有多種特別的納米磁特性，具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn)，可制成納米磁膜(包括磁多層膜)、納米磁線、納米磁粉(包括磁粉塊體)和磁性液體等多種形態(tài)的磁性材料，因而已在傳統(tǒng)技術(shù)和高新技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防科研以及社會(huì)生活中獲得了多方面的廣泛而重要的應(yīng)用。因此磁性納米材料是一個(gè)發(fā)展前景十分廣闊的領(lǐng)域，對(duì)其制備、性能及應(yīng)用的探索已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。四氧化三鐵(Fe53O4)是一種重要的尖晶石類(lèi)鐵氧體，是應(yīng)用最為廣泛的軟磁性材料之一，常用作記錄材料、顏料、磁流體材料，催化劑，磁性高分子微球和電子材料等，其在生物技術(shù)領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域亦有著很好的應(yīng)用前景。與普通的狗304相比，納米!^e3O4表現(xiàn)出常規(guī)!^e3O4所不具備的一些特性，如超順磁性、小尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等，這些特性使得納米!^e3O4的研究備受矚目。目前，納米Fe53O4新的制備方法的報(bào)道雖然很多，但是粒徑可控且較小的強(qiáng)磁性納米!^e3O4材料的制備仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。河北師范大學(xué)陳汝芬等報(bào)道了用空氣氧化法，在可見(jiàn)光作用下，添加配合劑 (EDTA、檸檬酸、酒石酸、谷氨酸)在室溫下制備出不同粒徑納米!^e3O4(可控粒徑納米!^e3O4 的制備及其磁性研究，無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)2010年7月第沈卷第7期)。中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所朱英杰等報(bào)道了以可溶性三價(jià)鐵鹽和強(qiáng)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(yīng)后，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離、洗滌和干燥，制得四氧化三鐵納米材料(強(qiáng)磁性四氧化三鐵納米材料的制備方法，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)200810036888，公開(kāi)號(hào)CN101279769)。浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院沈昊宇等報(bào)道了將二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽溶解于水中，在惰性氣體保護(hù)下，滴加到制備的納米多孔材料懸浮液中制得納米多孔磁性復(fù)合四氧化三鐵材料(一種納米多孔磁性復(fù)合四氧化三鐵材料制備方法，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)200610049214，公開(kāi)號(hào)CN1803634)。華中師范大學(xué)艾智慧等報(bào)道了采用可溶性三價(jià)鐵鹽為原材料，用乙二醇配置成鐵鹽溶液，往其中加入醋酸鈉和表面活性劑，攪拌均勻后利用微波輻照生成四氧化三鐵，產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾和洗滌后空氣中常溫干燥得到四氧化三鐵納米片材料(一種微波法制備四氧化三鐵納米片的方法，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào):200910273073. 7，公開(kāi)號(hào):C_717122A)。四川大學(xué)及成都瑞奇石油化工工程有限公司華偉等報(bào)道了以狗或含狗的物料和!^e2O3或含!^e2O3的物料為反應(yīng)物料，以水或液態(tài)油為反應(yīng)介質(zhì)，將所述反應(yīng)物料淹沒(méi)于反應(yīng)介質(zhì)中，在微波輻射下反應(yīng)生成納米!^e3O4 (納米!^e3O4的微波制備方法，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)200910263505. 6，公開(kāi)號(hào)CN101734727A)。以上所涉及的制備方法，要么需要使用表面活性劑或配合劑，既增加了制備成本， 還影響產(chǎn)品的純度和產(chǎn)量；要么制備過(guò)程繁瑣，不易控制，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(數(shù)小時(shí)或幾十小時(shí))，增加了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磁性!^e3O4納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法。工藝簡(jiǎn)單，原料易得，成本低廉，操作可控，簡(jiǎn)捷高效、低碳環(huán)保，符合實(shí)際生產(chǎn)的需要，所制得的納米材料由于粒徑較小，在溶劑中分散高，在催化、生物醫(yī)藥、能源及環(huán)境等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一步微波法來(lái)制備磁性!^e3O4納米材料，即，以可溶性硫酸亞鐵銨、去離子水和三乙醇胺為原料，經(jīng)攪拌溶解后得前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液經(jīng)一步簡(jiǎn)捷微波加熱過(guò)程即可。其具體工藝步驟如下(1)稱(chēng)取一定量的硫酸亞鐵銨，用適量的去離子水配制成墨綠色溶液A ；(2)量取適量三乙醇胺，用適量的去離子水配制成無(wú)色溶液B，亞鐵鹽和三乙醇胺的摩爾比為1 0. 5 1 ；(2)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體混合溶液C，在室溫下攪拌3-5分鐘，觀測(cè)反應(yīng)液C由墨綠色變?yōu)椴菥G色為止；(3)再將盛有上述反應(yīng)液C的磨口三角錐形瓶放入程序控制微波反應(yīng)器中，程序設(shè)置微波功率為300W，反應(yīng)溫度為90°C，微波加熱時(shí)間為6 8分鐘，攪拌速率為500轉(zhuǎn)/ 分鐘；(4)微波加熱結(jié)束后自然冷卻至室溫，過(guò)濾黑色沉淀物，分別用水和無(wú)水乙醇洗滌 2 3次；(5)將沉淀物置于烘箱中加熱6 12小時(shí)，溫度為40 60°C，收集黑色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的黑色狗304磁性納米材料。上述技術(shù)方案中，所述的!^e3O4納米晶粒度分布在5納米到20納米之間，磁性能測(cè)試表明納米晶具有順磁性。上述制備工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，重復(fù)性好；不需要有機(jī)溶劑和表面活性劑做模板，不需要三價(jià)鐵源；環(huán)境友好清潔；生產(chǎn)周期短、產(chǎn)率高，原料來(lái)源廣泛，成本低廉，適宜工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在(1)本發(fā)明無(wú)需惰性氣氛保護(hù)制備出Fe53O4磁性納米材料。(2)本發(fā)明方法采用一種原料二價(jià)鐵鹽制備出磁性納米!^e3O4，避免了復(fù)雜的制備過(guò)程。(3)本發(fā)明方法制備出的F^O4磁性納米材料的粒徑較小，分布在5到20納米之間。(4)本發(fā)明方法相對(duì)于已報(bào)道的方法來(lái)說(shuō)，本方法反應(yīng)條件對(duì)設(shè)備、原料等要求容易實(shí)現(xiàn)，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)環(huán)境污染。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1磁性Fe^3O4納米材料的X射線衍射分析(XRD)圖譜；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1磁性狗304納米材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1磁性!^e3O4納米材料在室溫下的磁滯回線圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)完整的描述。以下的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1本發(fā)明的磁性!^e3O4納米材料采用一步微波加熱過(guò)程制備得到，即，以可溶性二價(jià)鐵鹽硫酸亞鐵銨、去離子水和三乙醇胺為原料，經(jīng)攪拌溶解后混合得前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液經(jīng)微波加熱反應(yīng)后制得。其具體工藝步驟如下(1)稱(chēng)取0. 392 2g硫酸亞鐵銨用50mL去離子水配制成墨綠色溶液A ；(2)稱(chēng)取0. 3mL三乙醇胺用IOmL去離子水配制成無(wú)色溶液B，二價(jià)鐵鹽與三乙醇胺的摩爾比為1 0.75;(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體混合溶液C，溶液總體積為60mL，繼續(xù)攪拌，直至混合溶液變?yōu)椴菥G色；(4)將盛有前驅(qū)體混合溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的磨口三角錐形瓶中，置于程序控制微波發(fā)生反應(yīng)器中，程序設(shè)定微波功率為300W，微波加熱時(shí)間為8分鐘，反應(yīng)溫度設(shè)為90°C， 攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分鐘；(5)啟動(dòng)微波程序加熱，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，有大量黑色沉淀物生成，過(guò)濾沉淀物，分別用水和無(wú)水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱8小時(shí)，溫度為60°C，收集黑色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的磁性狗304納米材料。參見(jiàn)附圖1，按實(shí)施例1所述的方法制得的磁性!^e3O4納米材料的X射線衍射分析 (XRD)圖譜。圖中譜線峰位與JCPDF標(biāo)準(zhǔn)卡片(19-0629)的所有衍射晶面一一對(duì)應(yīng)，均指示樣品具有立方晶系尖晶石型結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a = 0. 8392，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不純的衍射峰，說(shuō)明用該法成功地制備出純凈的狗304晶體，衍射峰的半峰寬較明顯寬化，表明粉體的粒徑較小。參見(jiàn)附圖2，按實(shí)施例1所述的方法制得的磁性!^e3O4納米材料的透射電子掃描電鏡(TEM)照片。從圖中可以看出磁性!^e3O4納米材料產(chǎn)量高，呈類(lèi)圓片形，粒徑介于5 20·，分散性好，無(wú)團(tuán)聚，粒徑分布均勻。參見(jiàn)附圖3，按實(shí)施例1所述的方法制得的磁性!^e3O4納米材料在室溫下的磁滯回線。所測(cè)樣品顯為順磁性，其矯頑力(He)為1860e，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為25. 5emu · g—1。實(shí)施例2本發(fā)明的磁性!^e3O4納米材料采用一步微波加熱過(guò)程制備得到。其具體工藝步驟如下(1)稱(chēng)取0. 3920g硫酸亞鐵銨用50mL去離子水配制成墨綠色溶液A ；(2)稱(chēng)取0. 2mL三乙醇胺用IOmL去離子水配制成無(wú)色溶液B，二價(jià)鐵鹽與三乙醇胺的摩爾比為1 0.5;
(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體混合溶液C，溶液總體積為60mL，繼續(xù)攪拌，直至混合溶液變?yōu)椴菥G色；(4)將盛有前驅(qū)體混合溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的磨口三角錐形瓶中，置于程序控制微波發(fā)生反應(yīng)器中，程序設(shè)定微波功率為300W，微波加熱時(shí)間為6分鐘，反應(yīng)溫度設(shè)為90°C， 攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分鐘；(5)啟動(dòng)微波程序加熱，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，有大量黑色沉淀物生成，過(guò)濾沉淀物，分別用水和無(wú)水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱10小時(shí)，溫度為60°C，收集黑色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的磁性狗304納米材料。實(shí)施例3本發(fā)明的磁性!^e3O4納米材料采用一步微波加熱過(guò)程制備得到。其具體工藝步驟如下(1)稱(chēng)取0. 3924g硫酸亞鐵銨用50mL去離子水配制成墨綠色溶液A ；(2)稱(chēng)取0. 4mL三乙醇胺用IOmL去離子水配制成無(wú)色溶液B，二價(jià)鐵鹽與三乙醇胺的摩爾比為11;(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體混合溶液C，溶液總體積為60mL，繼續(xù)攪拌，直至混合溶液變?yōu)椴菥G色；(4)將盛有前驅(qū)體混合溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的磨口三角錐形瓶中，置于程序控制微波發(fā)生反應(yīng)器中，程序設(shè)定微波功率為300W，微波加熱時(shí)間為8分鐘，反應(yīng)溫度設(shè)為90°C， 攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分鐘；(5)啟動(dòng)微波程序加熱，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，有大量黑色沉淀物生成，過(guò)濾沉淀物，分別用水和無(wú)水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱8小時(shí)，溫度為60°C，收集黑色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的磁性狗304納米材料。實(shí)施例4本發(fā)明的磁性!^e3O4納米材料采用一步微波加熱過(guò)程制備得到。其具體工藝步驟如下(1)稱(chēng)取0. 3923g硫酸亞鐵銨用50mL去離子水配制成墨綠色溶液A ；(2)稱(chēng)取0. 4mL三乙醇胺用IOmL去離子水配制成無(wú)色溶液B，二價(jià)鐵鹽與三乙醇胺的摩爾比為11;(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體混合溶液C，溶液總體積為60mL，繼續(xù)攪拌，直至混合溶液變?yōu)椴菥G色；(4)將盛有前驅(qū)體混合溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的磨口三角錐形瓶中，置于程序控制微波發(fā)生反應(yīng)器中，程序設(shè)定微波功率為300W，微波加熱時(shí)間為6分鐘，反應(yīng)溫度設(shè)為90°C， 攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分鐘；(5)啟動(dòng)微波程序加熱，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，有大量黑色沉淀物生成，過(guò)濾沉淀物，分別用水和無(wú)水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱10小時(shí)，溫度為60°C，收集黑色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的磁性狗304納米材料。
權(quán)利要求
1.一種磁性!^e3O4納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法，其特征在于，所述方法的具體工藝步驟如下(1)稱(chēng)取一定量的硫酸亞鐵銨用適量去離子水配制成墨綠色溶液A；(2)量取一定體積的三乙醇胺用適量去離子水配制成無(wú)色溶液B，亞鐵鹽與三乙醇胺的摩爾比為1 0. 5 1 ；(3)在攪拌情況下，將溶液B加入到溶液A中，形成混合溶液C，溶液總體積為60mL，繼續(xù)攪拌3 5分鐘，觀測(cè)反應(yīng)混合液變成草綠色為止；(4)將盛有草綠色反應(yīng)混合液C的IOOmL磨口三角錐形瓶置于程序控制微波反應(yīng)器中， 設(shè)置程序微波功率為300W，回流溫度為90°C，微波加熱6 8分鐘，攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分鐘；(5)微波加熱結(jié)束后自然冷卻至室溫，過(guò)濾黑色沉淀物，分別用水和無(wú)水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱8 12小時(shí)，溫度為40 60°C，收集黑色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的磁性!^3O4納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性!^e3O4納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法，其特征在于，所述的磁性Fe53O4納米材料的制備反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)時(shí)間只需6 8分鐘，工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性!^e3O4納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法，其特征在于，所述的磁性Fe53O4納米材料分散性好，無(wú)團(tuán)聚，納米晶的粒徑分布在5 20nm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性!^e3O4納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法，其特征在于，所述步驟O)中的亞鐵鹽與三乙醇胺的摩爾比為1 0.75。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性!^e3O4納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法，其特征在于，所述步驟中的微波加熱至少6分鐘，反應(yīng)回流溫度為90°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Fe3O4磁性納米材料的簡(jiǎn)捷制備方法，為磁性Fe3O4納米材料的制備技術(shù)提供一種新方法，完善了現(xiàn)有的制備技術(shù)。本發(fā)明工藝過(guò)程是將硫酸亞鐵銨和三乙醇胺以摩爾比為1∶0.5～1的比例配成混合溶液，將反應(yīng)液在室溫下攪拌3～5分鐘，觀測(cè)反應(yīng)液由墨綠色變?yōu)椴菥G色，然后放入程序控制微波反應(yīng)器中，設(shè)置微波功率為300W，回流反應(yīng)溫度為90℃，攪拌速率為500轉(zhuǎn)/分鐘，微波加熱時(shí)間為6～8分鐘，微波加熱結(jié)束后自然冷卻至室溫，將沉淀物過(guò)濾晾干便得到黑色Fe3O4磁性納米材料。這種方法簡(jiǎn)單快速，納米晶粒度分布在5到20納米之間。磁性能測(cè)試表明納米晶具有順磁性。與傳統(tǒng)的Fe3O4納米粉制備方法相比，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需惰性氣氛保護(hù)，原料易得廉價(jià)，方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)環(huán)境污染，易于產(chǎn)業(yè)化，在催化、生物醫(yī)藥、能源及環(huán)境等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01G49/08GK102424427SQ20111026100
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者夏蕾, 朱仁發(fā), 胡乃培, 鄧崇海, 邵國(guó)泉 申請(qǐng)人:合肥學(xué)院