一種氧化鐵納米晶團(tuán)簇的合成工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氧化鐵納米晶團(tuán)簇的合成工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米氧化鐵不僅擁有一般磁性材料所具備的性質(zhì)而且有很好的生物相容性和穩(wěn) 定性，已經(jīng)成為一種特別重要的研究對象并且吸引眾多學(xué)者的關(guān)注和研究。然而若將這些 初級納米粒子通過一定手段經(jīng)過顆粒組裝形成有序排列的二級結(jié)構(gòu)的納米晶團(tuán)簇，它不僅 允許初級納米粒子性質(zhì)的結(jié)合，增強(qiáng)原來納米粒子的特性，而且利用相鄰納米粒子之間的 相互作用（電磁作用、范德瓦耳斯力和靜電吸引等相互作用），從而產(chǎn)生一些初級納米粒子 不具備的新的集體性質(zhì)，在室溫下，較大尺寸(超過30nm)的氧化鐵納米晶團(tuán)簇仍具有超順 磁性，而其單個(gè)納米粒子在相同尺寸下會(huì)表現(xiàn)出鐵磁性，且其納米晶團(tuán)簇對外部磁場的磁 響應(yīng)比單個(gè)磁性納米顆粒強(qiáng)很多，由此克服單個(gè)氧化鐵納米粒子的缺點(diǎn)，可廣泛用于磁控 光子晶體、生物分離、催化劑和基因治療等領(lǐng)域。
[0003] 氧化鐵納米晶團(tuán)簇的制備方法可分為一步制備法和兩步制備法：（1) 一步制備 法，即通過一步使得制得的納米粒子和它們的聚集體直接組裝成納米晶團(tuán)簇，包括熱分解 法、溶劑熱法和微波加熱法等。（2)多步制備方法，即第一步采用凝膠-溶膠法、固相法、微 乳液法等方法制備出預(yù)期大小、形狀和表面性質(zhì)的單分散尺寸均勻的納米粒子，第二步通 過溶劑蒸發(fā)、靜電吸引和界面張力等方法將這些單個(gè)納米顆粒組裝成預(yù)期結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu) 納米晶團(tuán)簇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種氧化鐵納米晶團(tuán)簇的合成工藝，已解決現(xiàn) 有技術(shù)的不足。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種氧化鐵納米晶團(tuán)簇的合成工藝，F(xiàn)eCl3和EG/TEF(2:1) 攪拌20-30min，加入NaAc. 3H20后進(jìn)行超聲lOmin，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中160-20(TC反應(yīng) 8_16h，洗滌干燥即可。
[0006] 最佳反應(yīng)溫度為180°C，時(shí)間為12h。
[0007] 本發(fā)明的有益效果：（1)控制加熱時(shí)間為12小時(shí)，保持加熱溫度恒為180°C下所得 的產(chǎn)物?？梢悦黠@看出，衍射峰明顯出現(xiàn)了寬化。結(jié)合德拜-謝樂公式，計(jì)算出組成Fe 304 納米晶團(tuán)簇的這些初級粒子的平均粒徑約為14. 9nm。通過TEM可以看到得到的是圓球狀的 Fe304納米晶團(tuán)簇，其平均直徑尺寸大小約為400nm，且粒徑分布較為均勻。
[0008] (2)在恒定溫度下，通過改變反應(yīng)時(shí)間所得的物質(zhì)為Fe304。隨加熱時(shí)間的延長，組 成這些晶團(tuán)簇的初級粒子的尺寸大小增大，F(xiàn)e 304納米晶團(tuán)簇的直徑大小亦隨之增大，且尺 寸均勻。
[0009] (3)時(shí)間一定下，改變加熱溫度所得產(chǎn)物也是Fe304。隨著加熱溫度的升高子的直 徑尺寸呈增大趨勢；Fe 304納米晶團(tuán)簇粒子尺寸分布越來越不均一，存在較大的納米晶團(tuán)簇 和較小的納米晶團(tuán)簇。較小納米晶團(tuán)簇存在尖角，外形并不規(guī)則，很不穩(wěn)定，尖角上的粒子 很容易掙脫束縛，跑到溶液中。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖； 圖2為180°C，12h制的樣品的XRD圖； 圖3為180°C，12h制的樣品的TEM圖； 圖4為加熱溫度為180°C，不同反應(yīng)時(shí)間下制備的樣品的XRD圖，（a)8h ;(b)12h ;(c) 16h ； 圖5為不同反應(yīng)時(shí)間制備的樣品的TEM圖，（a) 8h ; (b) 12h ; (c) 16h ; 圖6為圖3. 5不同反應(yīng)溫度下制備的樣品的XRD圖，（a) 160°C;(b) 180°C;(c) 200°C; 圖7為不同反應(yīng)溫度制備的團(tuán)簇的TEM圖（a) 160°C ;(b) 180°C ;(c) 200°C。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 實(shí)驗(yàn)藥品與試劑 FeCl3，CP ;NaAc. 3H20, AR ;乙二醇，AR ;THF，HPLC ;95% 乙醇，AR ;去離子水。FeCl3 和EG/TEF(2:1)攪拌20-30min，加入NaAc. 3H20后進(jìn)行超聲lOmin，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中 160-200°C反應(yīng)8-16h，洗滌干燥即可。詳見附圖1。
[0012] 溶劑熱法制備氧化鐵納米晶團(tuán)簇，它的形成過程依次經(jīng)歷形核、長大、定向聚集、 初級納米顆粒的自我組裝四個(gè)過程。反應(yīng)機(jī)理：在一定條件下，原料經(jīng)一系列反應(yīng)生成 Fe (0H) 3，在高溫下Fe (0H) 3部分發(fā)生還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鐵。經(jīng)過脫水便生成混合價(jià) 態(tài)的Fe30 4納米粒子，這些顆粒在溶液中長大生長成為初級粒子，在最佳環(huán)境下，初級粒子 定向聚集，進(jìn)行自我組裝進(jìn)而形成氧化鐵納米晶團(tuán)簇。
[0013] 通過控制單一變量：保持溫度恒為180°C，加熱時(shí)間分別為8h、12h、16h;保持時(shí) 間恒為12h，加熱溫度分別為160°C、18(TC、20(rC。使用XRD和TEM對其表征，可以得出隨 條件改變氧化鐵納米晶團(tuán)簇的變化規(guī)律。
[0014] (l)XRD 表征 將所制備的樣品在乙醇中進(jìn)行超聲分散，在室溫下干燥，制得XRD樣品。采用XRD-7000 X型X射線粉末衍射儀（Cu Κα 〇. 154184nm)在40Kv、30mA下進(jìn)行XRD分析，對其進(jìn)行 物相分析和初級納米氧化鐵粒子的平均粒徑的測定。掃描范圍從10° ~80°，步長0.02°、 掃描速度8. 00° /min。
[0015] (2) TEM 表征 將所制備的樣品在乙醇中進(jìn)行超聲分散，用滴管滴加2~3滴到銅網(wǎng)上，在室溫下干燥， 制得TEM樣品。采用JEM-2100透射電鏡在100KV下對樣品的尺寸和形貌進(jìn)行觀察。
[0016] 3結(jié)果與討論 3. 1樣品的表征 (1)晶體結(jié)構(gòu)分析 圖2是加熱溫度為180°C，保溫時(shí)間為12h所制得樣品的XRD衍射圖。可知，XRD譜中 衍射角2Θ對應(yīng)的30. 2°、35. 3°、43. 3°、53. 5°、57. 4°和62.9°出現(xiàn)了非常明顯的六 個(gè)衍射峰，且并無其它的雜峰。使用Jade5. 0軟件來對XRD衍射譜進(jìn)行分析，與標(biāo)準(zhǔn)粉末 電子衍射卡片F(xiàn)e304 65-3107對應(yīng)的的衍射峰值和位置相一致。因此可以確定合成的樣品 為較為純凈的尖晶石結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵，而無其他產(chǎn)物。并從圖中可以看到，這些衍射峰都 出現(xiàn)了較為明顯的寬化，因此得到的產(chǎn)物中存在非常小四氧化三鐵晶粒。結(jié)合Scherer公 式：D=K λ /B