纳米四氧化三铁化学法制备及其应用_精品文档.pdf

1、第3 9 卷第1 0 期2 0 0 7 年l O 月无机盐工业I N O R C A N I CC H E M I C A L SI N D U s l l R Y5纳米四氧化三铁化学法制备及其应用付佳，许启明，李宁(两安建筑科技大学材料科学与工程学院，陕西西安7 1 0 0 5 5)摘要：纳米磁性材料作为一种新兴功能材料，由于其独特的物理化学性质，使其在物理、化学等方面表现出与常规磁性材料不同的特殊用途。纳米四氧化三铁就是其中一种多功能磁性材料，在磁记录材料、磁流体、催化、医药、颜料等方面具有厂泛的应用。综述j 丘年来纳米磁性四氧化三铁的液相化学制备方法：共沉淀法、微乳液法、溶胶一凝胶法、溶

2、剂热法等的研究现状以及最新的研究成果，对上述各种制备方法的优缺点进行r 分析和比较。介绍了磁性纳米四氧化三铁在磁性液体、磁记录材料、催化、生物医药、微波吸收材料等方面的具体应用以及发展趋势，并提出其今后发展方向。关键词：四氧化三铁；化学合成；纳米颗粒；磁性颗粒中图分类号：T Q l 3 8 1 1文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 4 9 9 0(2 0 0 7】1 0 0 0 0 5 0 3C h e m i c a lp r e p a r a t i o na n da p p l i c a t i o no ff e r r o f e r r i co x i d en a n

3、 o p a r t i c a l sF uJ i a，X uQ i m i n g，L iN i n gS c h o o lo f M a t e r i a lS c i e n c ea n d E n g i n e e r i n g，倒a r tU n i v e n i t yo J A r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o l o g y，X i 口n7 1 0 0 5 5，C h i n aA b s t r a c t：A san e w l yd e v e l o p i n g f u n c t i o n a lm a t

4、 e r i a l，m a g n e t i cn a n o m a t e r i a la l w a y sd i s p l a y ss o l n ed i f f e r e ms p e c i a lu s e sc o m p a r i n gw i t ht h ec o m m o nm a g n e t i cm a t e r i a l s，b e c a u s eo fi t su n i q u ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sN a n o s i z e df o r

5、 r o f e r r i co x i d ei so n eo ft h em u h i f u n c t i o n a lm a g n e t i cm a t e r i a l s，w h i c hh a se x t e n s i v ea p p l i c a t i o ni ns u c ha s p e c t sa sm a g n e t i cr e c o r d i n gm a t e r i a l，f e r r o f i u i d。c a t a l y s i s，m e d i c i n ea n dp i g m e n te

6、t c T h ep r e s e n tr e s e a r c hs t a t u sa n dl a t e s ta c h i e v e m e n t so nt h el i q u i d p h a s ec h e m i c a lp r e p a r a t i o n m e t h o d s o fh a l l o s i z e d f e r r o f e r r i co x i d e-i n c l u d i n gC O p r e c i p i t a t i o nm e t h o d，m i c r o e m u l s i

7、 o nm e t h o d s o l g e lm e t h o d-s a l v o t h e r m a lm e t h o da n ds 00 n，w e r es u m m a r i z e d T h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h o s em e t h o d sw e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d F u r t h e r m o r e。t h es p e c i f i ca p p l i c a t i o na n

8、 dd e v e l o p m e n tt r e n do fm a g n e t i cf e r r o f e r r i co x i d el l a n o p a r t i c l e si nf e r r o f l u i d s，m a g n e t i cr e c o r d i n g，c a t a l y s i s，m e d i c i n e-m i c r o w a v ea b s o r b i n gm a t e r i a la n dS Oo nw e r ei n t r o d u c e d F i n a l l y，

9、i t sf u r t h e rd e v e l o p m e n td i r e c t i o nw a sp u tf o r w a r d K e yw o r d s：f e r r o f e r r i co x i d e；c h e m i c a ls y n t h e s i s；n a n o p a r t i c l e s；m a g n e t i cp a r t i c l e s纳米四氧化三铁颗粒合成方法众多，主要分为物理法、化学法和物化综合法。化学法按分散介质种类来分可划分为气相法、液相法和固相法。液相法制备纳米颗粒具有成核和成长过程易调配

10、，微粒的化学组成、形状和大小容易控制的显著特点，而且该方法添加的微量成分和组成较均匀，即使是对于很复杂的材料也可以获得化学均匀性很高的微粒，因此受到越来越多的关注。1 纳米F e，0。化学液相制备1 1 共沉淀法该法是最早采用的液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒的方法。它是在有两种或多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，这种多元体系的溶液经过沉淀反应后，可得到成分均一的沉淀。目前最普遍使用的方法，是按方程式：F e 2+2 F e 3+十8 0 H 一一F e 3 0 4+4 H 2 0为原理进行的。通常是把F e 2+和F e“的硫酸盐或氯化物溶液以物质的量比2：3 的比例混合后，用过量的N H。O

11、 H 或N a 0 H 在一定温度和p H 下，高速搅拌进行沉淀反应，然后将沉淀过滤、洗涤、烘干，制得纳米F e 0林本兰等”。将F e e l 2 4 H 2 0 和F e C l 3 6 H 2 0按物质的量比为1：2 的比例混合放入烧瓶中，加入2 0 0 m L 蒸馏水，温度控制在(3 0 1)屯，强烈搅拌并缓慢滴加0 4m o l f L 的N H 3 H 2 0 至p H=9，将溶液高温恒温水浴晶化一定时间。反应结束，F e，0。晶体粒子经沉淀、离心分离，并用去离子水多次洗涤至 万方数据6无机盐工业第3 9 卷第1 0 期溶液p H=7。所得纳米级四氧化三铁颗粒，通过X 射线谱图证实

12、了该粒子的组成结构。通过T E M研究表明，所制得的四氧化三铁粒子主要为球形，粒径分布均匀，平均粒径在1 0n m 左右。1 2 微乳液法微乳液法是由表面活性剂、油相、水相及助溶剂等在适当比例下混合自发形成的热力学稳定体系。其中不溶于水的非极性物质作为分散介质，反应物水溶液为分散相，表面活性剂为乳化剂，形成油包水型或水包油型微乳液。这样反应空问仅限于微乳液滴这一微型反应器的内部，可有效避免颗粒之间的进一步团聚，因而得到的纳米粉体粒径分布窄、形态规则、分散性能好，但晶形多样。柴波”1 对油包水(W O)型微乳液进行了制备研究，利用拟三元相图探明了一定条件下的W O型微乳液中的最佳体系。进而利用此

13、W O 型微乳液作为“微反应器”制备F e，O。纳米粒子。经x 衍射仪分析，F e，O。颗粒有较完整的尖晶石结构，特征峰明显，平均粒径为3 5 61 1 1 1 1。1 3 溶胶一凝胶法此法利用金属醇盐的水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶，再浓缩成透明凝胶，凝胶经干燥，热处理可得到氧化物超微粉。其中控制溶胶凝胶化的主要参数有溶液的p H、溶液浓度、反应温度和时间等。通过调节工艺条件，可以制备出粒径小、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级混合物，以及可制备传统方法不能或难以制得的产物。X uJ i n g 等”。用F e(N 0 3)3 9 H 2 0 作为铁源，溶解

14、在乙二醇中，在8 0 下制得溶胶，多步烘干后，在真空条件下对所得粉末进行2 0 0 4 0 0 退火，得到F e，O。纳米颗粒。对其产物的表征中，不同的退火温度下得到产物的粒径为8 5 1 5 6m，对应的饱和磁化强度为3 1，4 7，6 0A(m 2 k g)。可以看出其产物的粒度、饱和磁化强度以及矫顽力都随合成温度的升高而增大，且此种合成方法可以应用于合成其他氧化物纳米颗粒。1 4 溶剂热法溶剂热法是在水热法的基础上发展起来的一种制备方法，指在密闭容器内，如反应罐、高压釜，以有机物或非水溶剂为溶剂，在一定的温度和溶液的自生压力下，原始混合物进行反应的一种方法。反应驱动力是可溶的前驱物或中间

15、产物与稳定新相间的溶解度差。溶剂热条件下，存在着溶剂的快速对流与溶质的有效扩散，消除了物料的质量传输；其反应条件非常温和，可以合成亚稳相，发展新的合成路线；相对低温环境有利于生长极少缺陷、热应力小、完美的晶体，并能均匀地进行掺杂以及易于控制产物晶体的粒度。与水热法相比较，能有效避免表面羟基的存在。L iY a d o n g 等”。用F e C l 3 6 H 2 0 在乙二醇中进行溶剂热反应，在2 0 0，反应8 7 2h，制得单分散F e，O。单晶纳米颗粒，产率高达9 2。得到样品呈超顺磁性能，饱和磁化强度为8 1 9A(m 2 k g)。根据反应时问不同，可以控制颗粒的粒度为2 0 0

16、8 0 0n m，该粒度与人体蛋白质细胞大小接近，表现出了良好的生物相容性，将对纳米生物学进展有着较大的推动作用。这也是现有文献第一次合成此粒度F e，O。单分散磁性纳米颗粒。且此种方法也可用于铁氧体纳米磁性颗粒的制备。2 纳米F e 3 0 4 的应用2 1 磁性液体纳米F e，O。的工业应用中，用途最广的就是磁流体，又叫磁性液体。粒径1 0n i i 左右的F e，O。，表面吸附合适的界面活性剂，常用作磁流体的磁性粒子分散在极性和非极性的载液中，制成磁流体。它既有固体的强磁性又有液体的流变性，其流动性和分布可由外加磁场实施定向和定位控制。因此在真空密封、音圈散热、快速印刷、分选矿物、精密研磨、传感器和宇航技术等领域获得广泛的应用”“。现多用表面活性剂包覆纳米F e，O。制备磁流体。罗新等”。选用食用琼脂为稳定剂，直接包覆得到水基磁流体。该磁流体中磁性粒子粒径达到1 2m。该法操作十分简单，但理想的稳定剂往往很难找到。陈晓青等”1 依次加入油酸钠水溶液和P E G 一4 0 0 0 水溶液，得到粒径为几十纳米的水基磁流体。该法尽管可以使F e，O。磁性粒子在首次包覆前较为洁净，但F