專利名稱：一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法。
背景技術(shù)：
有序狀磁性鐵氧體與其它常規(guī)晶體相比具有更加優(yōu)良的光、電、磁以及催化性能。近幾年來，鐵氧體細(xì)微粒子的制備研究及其性能引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注，并得到了迅猛的發(fā)展。四氧化三鐵(Fe3O4)是最重要的尖晶石結(jié)構(gòu)軟磁材料之一，具有矯頑力低、飽和磁化強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于信息存儲(chǔ)、電子器件、藥物傳輸、磁共振成像等高端領(lǐng)域。納米尺度的四氧化三鐵，因具有比表面積大、穩(wěn)定性優(yōu)、毒副作用小、生物前景好等特性，在磁流體、醫(yī)用靶向材料、靶向藥劑、催化劑等方面具有潛在的應(yīng)用前景。有關(guān)磁性四氧化三鐵的制備、性能、應(yīng)用研究一直是材料研究的熱點(diǎn)課題。磁性納米粒子的磁性能與其尺寸大小、形貌、結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)，而納米粒子的尺寸、形貌以及結(jié)構(gòu)在很大程度上都取決于其制備方法。CN 20110211273. 7公開了一種球狀四氧化三鐵的制備方法，其特點(diǎn)是使用溶劑熱法來制備粒徑均勻的球狀四氧化三鐵；CN200910213586. 9公開了利用六水氯化鐵、乙二醇(或二乙二醇)、無水醋酸鈉(或丁二酸鈉) 作起始原料來制備空心球形四氧化三鐵納米材料的方法；CN 200810062614. 7公開了利用三氯化鐵、甲醇(或乙醇、乙二醇)和氫氧化鈉作起始原料來制備球形顆粒的四氧化三鐵納米粒子；CN 200810236541.9公布了一種制備四氧化三鐵磁性納米微球的方法。盡管形貌各異的四氧化三鐵可以通過不同的方法來得到，但是，到目前為止還沒有一種簡單、高效的方法來實(shí)現(xiàn)四氧化三鐵顆粒形貌的轉(zhuǎn)變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制四氧化三鐵形貌與性能的新方法。本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下
一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，包括以下步驟
(1)將六水合三氯化鐵溶解于乙二醇中，制得三氯化鐵濃度為0.15-0. 35 mol/L的溶液，然后加入尿素和表面活性劑，充分溶解，得到均勻溶液；
(2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在17(T230°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為6 72 h ；
(3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗，然后在烘箱中烘干，即得成品。進(jìn)一步地，所述的六水合三氯化鐵與尿素的摩爾比為0. Of 4: I。所述的表面活性劑為四丁基氯化銨、分子量從200到20000的聚乙二醇、聚乙烯吡
咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、乙二胺四乙酸或者乙二胺四乙酸二鈉。
所述的六水合三氯化鐵與尿素的摩爾比為0. 045、. 075:1，溶劑熱反應(yīng)的溫度為190 230°C，時(shí)間為8 36 h。所述的六水合三氯化鐵與尿素的摩爾比為0. 075: TO. 25:1，表面活性劑為四丁基氯化銨或者分子量從200到20000的聚乙二醇，溶劑熱反應(yīng)的溫度為19(T230°C，時(shí)間為24 72 h0與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的制備方法使用的原料易得、生產(chǎn)成本低廉、制備工藝安全簡單、產(chǎn)物可調(diào)控性強(qiáng)、制備過程中不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)；得到的四氧化三鐵純度高，粒徑分布集中，形貌可實(shí)現(xiàn)球形、微孔、中空結(jié)構(gòu)的調(diào)控。


圖I是實(shí)施例I制備的四氧化三鐵的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖2是實(shí)施例2制備的四氧化三鐵的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖3是實(shí)施例3制備的四氧化三鐵的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖4是實(shí)施例4制備的四氧化三鐵的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖5是實(shí)施例5制備的微孔狀四氧化三鐵的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖6是實(shí)施例6制備的圓球狀四氧化三鐵的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖7是實(shí)施例7制備的圓球狀四氧化三鐵的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
按照制備過程進(jìn)行，常溫常壓下將I. 2 g FeCl3WH2O和0.834 g四丁基氯化銨加入到30 mL乙二醇中，磁力攪拌，使六水合三氯化鐵和四丁基氯化銨完全溶解，得到澄清溶液。將3. 6 g尿素加入到上述澄清溶液中，在磁力攪拌作用下，使其充分混合，得到紅棕色澄清溶液。將該溶液密封放置于容積為50 mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，并將該反應(yīng)釜置于烘箱中，升溫至180°C，反應(yīng)36 h。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心分離，得到的黑色沉淀物用去離子水和無水乙醇分別清洗3次，然后在60°C下烘干12 h，即可得到四氧化三鐵粒子。掃描電子顯微鏡觀察和磁性能測(cè)試結(jié)果見圖I。通過表征可知，產(chǎn)物形貌為圓球形，顆粒尺寸為247±6 nm,飽和磁化強(qiáng)度為83. 3 emu/g。實(shí)施例2
按照制備過程進(jìn)行，常溫常壓下將I. 2 g FeCl3WH2O和0.834 g四丁基氯化銨加入到30 mL乙二醇中，磁力攪拌，使六水合三氯化鐵和四丁基氯化銨完全溶解，得到澄清溶液。將3. 6 g尿素加入到上述澄清溶液中，在磁力攪拌作用下，使其充分混合，得到紅棕色澄清溶液。將該溶液密封放置于容積為50 mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，并將該反應(yīng)釜置于烘箱中，升溫至220°C，反應(yīng)36 h。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心分離，得到的黑色沉淀物用去離子水和無水乙醇分別清洗3次，然后在60°C下烘干12 h，即可得到四氧化三鐵顆粒。掃描 電子顯微鏡觀察和磁性能測(cè)試結(jié)果見圖2。通過表征可知，產(chǎn)物形貌為中空結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸為404±129 nm，飽和磁化強(qiáng)度為80. 6 emu/g。實(shí)施例3按照制備過程進(jìn)行，常溫常壓下將1.2 g FeCl3 6H20和0. 834 g四丁基氯化銨加入到30 mL乙二醇中，磁力攪拌，使六水合三氯化鐵和四丁基氯化銨完全溶解，得到澄清溶液。將3. 6 g尿素加入到上述澄清溶液中，在磁力攪拌作用下，使其充分混合，得到紅棕色澄清溶液。將該溶液密封放置于容積為50 mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)爸中，并將該反應(yīng)釜置于烘箱中，升溫至200°C，反應(yīng)8 h。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心分離，得到的黑色沉淀物用去離子水和無水乙醇分別清洗3次，然后在60°C下烘干12 h，即可得到四氧化三鐵顆粒。掃描電子顯微鏡觀察和磁性能測(cè)試結(jié)果見圖3。通過表征可知，產(chǎn)物形貌為圓球形，顆粒尺寸為90±11 nm,飽和磁化強(qiáng)度為60. 85 emu/g。實(shí)施例4
按照制備過程進(jìn)行，常溫常壓下將I. 2 g FeCl3WH2O和0.834 g四丁基氯化銨加入到30 mL乙二醇中，磁力攪拌，使六水合三氯化鐵和四丁基氯化銨完全溶解，得到澄清溶液。將 3.6 g尿素加入到上述澄清溶液中，在磁力攪拌作用下，使其充分混合，得到紅棕色澄清溶液。將該溶液密封放置于容積為50 mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，并將該反應(yīng)釜置于烘箱中，升溫至200°C，反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心分離，得到的黑色沉淀物用去離子水和無水乙醇分別清洗3次，然后在60°C下烘干12 h，即可得到四氧化三鐵顆粒。掃描電子顯微鏡觀察和磁性能測(cè)試結(jié)果見圖4。通過表征可知，產(chǎn)物形貌為圓球形，顆粒尺寸為260±22 nm，飽和磁化強(qiáng)度為71. 03 emu/g。實(shí)施例5
按照制備過程進(jìn)行，常溫常壓下將I. 2 g FeCl3WH2O和0.834 g四丁基氯化銨加入到30 mL乙二醇中，磁力攪拌，使六水合三氯化鐵和四丁基氯化銨完全溶解，得到澄清溶液。將2. 4 g尿素加入到上述澄清溶液中，在磁力攪拌作用下，使其充分混合，得到紅棕色澄清溶液。將該溶液密封放置于容積為50 mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，并將該反應(yīng)釜置于烘箱中，升溫至200°C，反應(yīng)36 h。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心分離，得到的黑色沉淀物用去離子水和無水乙醇分別清洗3次，然后在60°C下烘干36 h，即可得到四氧化三鐵顆粒。掃描電子顯微鏡觀察和磁性能測(cè)試結(jié)果見圖5。通過表征可知，產(chǎn)物形貌為微孔結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸為480±21 nm，飽和磁化強(qiáng)度為76. 4 emu/g。實(shí)施例6
按照制備過程進(jìn)行，常溫常壓下將I. 2 g FeCl3 6H20和0. 9 g聚乙烯吡咯烷酮加入到30 mL乙二醇中，磁力攪拌，使六水合三氯化鐵和四丁基氯化銨完全溶解，得到澄清溶液。將2. 4 g尿素加入到上述澄清溶液中，在磁力攪拌作用下，使其充分混合，得到紅棕色澄清溶液。將該溶液密封放置于容積為50 mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)爸中，并將該反應(yīng)釜置于烘箱中，升溫至200°C，反應(yīng)36 h。反應(yīng)結(jié)束經(jīng)離心分離，得到的黑色沉淀物用去離子水和無水乙醇分別清洗3次，然后在60°C下烘干36 h，即可得到四氧化三鐵顆粒。掃描電子顯微鏡觀察和磁性能測(cè)試結(jié)果見圖6。通過表征可知，產(chǎn)物形貌為圓球形，顆粒尺寸為50±4 nm左右，飽和磁化強(qiáng)度為65. I emu/g。實(shí)施例7
按照制備過程進(jìn)行，常溫常壓下將I. 2 g FeCl3 6H20和0. 88 g乙二胺四乙酸加入到30 mL乙二醇中，磁力攪拌，使六水合三氯化鐵和四丁基氯化銨完全溶解，得到澄清溶液。將2.4 g尿素加入到上述澄清溶液中，在磁力攪拌作用下，使其充分混合，得到紅棕色澄清溶液。將該溶液密封放置于容積為50 mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，并將該反應(yīng)釜置于烘箱中，升溫至200°C，反應(yīng)36 h。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心分離，得到的黑色沉淀物用去離子水和無水乙醇分別清洗3次，然后在60°C下烘干36 h，即可得到四氧化三鐵顆粒。掃描電子顯微鏡觀察和磁性能測(cè)試結(jié)果見圖7。通過表征可知，產(chǎn)物形貌為圓球形，顆粒尺寸為300±120 nm,飽和磁化強(qiáng)度為67. 8 emu/g。實(shí)施例8
一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，包括以下步驟 (1)將0.15mol六水合三氯化鐵溶解于IL乙二醇中，制得三氯化鐵溶液，然后加入15mol尿素和表面活性劑四丁基氯化銨，充分溶解，得到均勻溶液；
(2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在220°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為6h ；
(3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗3次，然后在烘箱中烘干，既得成品。實(shí)施例9
一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，包括以下步驟
(1)將0.2mol六水合三氯化鐵溶解于IL乙二醇中，制得三氯化鐵溶液，然后加入
4.4mol尿素和表面活性劑分子量從200到20000的聚乙二醇，充分溶解，得到均勻溶液；
(2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在230°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8h ；
(3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗2次，然后在烘箱中烘干，既得成品。實(shí)施例10
一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，包括以下步驟
(1)將0.3mol六水合三氯化鐵溶解于IL乙二醇中，制得三氯化鐵溶液，然后加入0. 4mol尿素和表面活性劑分子量從200到20000的聚乙二醇或四丁基氯化銨，充分溶解，得到均勻溶液；
(2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在190°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為36h ；
(3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗3次，然后在烘箱中烘干，既得成品。實(shí)施例11
一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，包括以下步驟
(1)將0.35mol六水合三氯化鐵溶解于IL乙二醇中，制得三氯化鐵溶液，然后加入0. 35mol尿素和表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮，充分溶解，得到均勻溶液；
(2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在170°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為66h ；
(3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗3次，然后在烘箱中烘干，既得成品。實(shí)施例12一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，包括以下步驟
(1)將0.25mol六水合三氯化鐵溶解于IL乙二醇中，制得三氯化鐵溶液，然后加入Imol尿素和表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，充分溶解，得到均勻溶液；
(2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在180°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為72h ；
(3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗3次，然后在烘箱中烘干，既得成品。實(shí)施例13
一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，包括以下步驟
(1)將0.25mol六水合三氯化鐵溶解于IL乙二醇中，制得三氯化鐵溶液，然后加入Imol尿素和表面活性劑乙二胺四乙酸，充分溶解，得到均勻溶液；
(2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在200°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為24h ；
(3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗3次，然后在烘箱中烘干，既得成品。實(shí)施例14
一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，包括以下步驟
(1)將0.2mol六水合三氯化鐵溶解于IL乙二醇中，制得三氯化鐵溶液，然后加入0. 05mol尿素和表面活性劑乙二胺四乙酸二鈉，充分溶解，得到均勻溶液；
(2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在200°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為36h ；
(3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗3次，然后在烘箱中烘干，既得成品。
權(quán)利要求
1.一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，其特征是包括以下步驟 (1)將六水合三氯化鐵溶解于こニ醇中，配得三氯化鐵濃度為O.15-0. 35 mol/L的溶液，然后加入尿素和表面活性剤，充分溶解，得到均勻溶液； (2)將上述均勻溶液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟こ烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在17(T230°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為6 72 h ； (3)反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和こ醇清洗，然后在烘箱中烘干，即得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，其特征是所述的六水合三氯化鐵與尿素的摩爾比為O. Of 4: I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，其特征是所述的表面活性劑為四丁基氯化銨、分子量從200到20000的聚こニ醇、聚こ烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、こニ胺四こ酸或者こニ胺四こ酸ニ鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，其特征是所述的六水合三氯化鐵與尿素的摩爾比為O. 045、. 075:1，溶劑熱反應(yīng)的溫度為19(T230°C，時(shí)間為8 36 h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，其特征是所述的六水合三氯化鐵與尿素的摩爾比為O. 075 :Γ0. 25:1，表面活性劑為四丁基氯化銨或者分子量從200到20000的聚こニ醇，溶劑熱反應(yīng)的溫度為19(T230°C，時(shí)間為24 72 h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制四氧化三鐵形貌與性能的方法，屬于無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟將六水合三氯化鐵溶解于乙二醇中，制得三氯化鐵濃度為0.15-0.35mol/L的溶液，然后加入尿素和表面活性劑，充分溶解，得到均勻溶液并轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在170~230℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為6~72h，反應(yīng)結(jié)束后離心分離，將沉淀物用去離子水和乙醇清洗，然后在烘箱中烘干，既得成品。本發(fā)明生產(chǎn)成本低廉、制備工藝安全簡單、產(chǎn)物可調(diào)控性強(qiáng)、制備過程中不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)；得到的四氧化三鐵純度高，粒徑分布集中，形貌可實(shí)現(xiàn)球形、微孔、中空結(jié)構(gòu)的調(diào)控。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102659191SQ20121015846
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者劉亞青, 周興, 王曉峰, 趙貴哲 申請(qǐng)人:中北大學(xué)