CN101136277A - 一种水基磁流体材料及其制备方法 - Google Patents

一种水基磁流体材料及其制备方法 Download PDF

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单永奎
董健媛
薛燕
杨帆
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Abstract

本发明涉及一种水基磁流体材料及其制备方法，属材料及其制备技术领域。本发明提供的水基磁流体由磁性纳米Fe3O4、蔗糖包覆层和载体水组成，其中磁性纳米Fe3O4粒子颗粒直径为8.9－15.4nm，饱和磁化强度为38.6－55emu/g。利用化学共沉淀法制备出纳米级Fe3O4，该粒子能吸附水中的羟基，而蔗糖也富含羟基，两者可以通过羟基间的缔合发生作用，包覆在粒子周围的蔗糖可阻止团聚从而形成稳定的磁流体。该方法操作简便，制得的纳米Fe3O4粒径小，且分布窄，包覆了蔗糖后的饱和磁化强度较强，是优良的磁性材料。原料易得价廉，易于工业应用。

Description

一种水基磁流体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水基磁流体材料及其制备方法，属材料及其制备技术领域。
背景技术
磁流体是一种随外加磁场变化有可控流变性的智能材料，它既有固体磁性材料的强磁性，又有液体的流动性，因此已成功应用到航天航空、电子、化工、机械、能源、冶金、生物医药等许多领域中。
磁流体载液的类型根据密封介质和工况选择，可以是水、煤油、硅油、汞等。随着绿色化学的发展，水基磁流体避免了有机溶剂对环境的污染，且水对人体无害，目前所有应用于生物医药的磁流体都以水为载液，所以水基磁流体在化工、环保、医疗等方面都有着很重要的应用前景。
目前用于制备水基磁流体的表面活性剂主要有油酸钠、十二烷基磺酸钠、聚乙二醇、柠檬酸、酒石酸钠、聚丙烯酸、聚乙烯醇等，而医疗用磁流体要考虑包覆层的生物相容性，因此常选择一些生物大分子如正葵酸、明胶、环糊精、葡聚糖、氨基酸等。
本发明采用蔗糖为表面活性剂，用化学共沉淀法制得稳定的水基磁流体，操作简便易行且原料易得。
发明内容
本发明的目的在于提供一种性能优异的水基磁流体材料。
本发明的另一目的在于提供一种操作简便、环境效应好，成本低廉的水基磁流体的制备方法。
本发明所述的水基磁流体由磁性纳米Fe3O4、蔗糖包覆层和载体水组成，其中磁性纳米Fe3O4粒子颗粒直径为8.9-15.4nm，饱和磁化强度为38.6-55emu/g。
上述磁流体的制备方法，采用化学共沉淀法制得，其具体工艺步骤如下：
第一步，原料配备：将硝酸铁配制成0.12-0.36mol/L的水溶液，硫酸亚铁配制成0.08-0.24mol/L的水溶液，将蔗糖配制成0.34mol/L的水溶液；
第二步，纳米Fe3O4的制备：将配制好的铁盐溶液各取10ml混合，在40℃恒温水浴中，加入1.6-4.8ml氨水(25％)，搅拌15min，升温至60℃搅拌5min，停止反应。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性；
第三步，磁流体的制备：在洗净的沉淀中加入16-48ml水，搅拌均匀，超声，得黑色均一溶液，向该溶液中加入4-12ml配制好的蔗糖水溶液，搅拌6h，得稳定的水基磁流体。
本发明方法的基本原理为：利用化学共沉淀法制备出纳米级Fe3O4，该粒子能吸附水中的羟基，而蔗糖也富含羟基，两者可以通过羟基间的缔合发生作用，包覆在粒子周围的蔗糖可阻止团聚从而形成稳定的磁流体。
本发明方法与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明采用化学共沉淀法制备Fe3O4，该方法操作简便，对仪器和实验条件的要求低，由于反应温度低，所以无须隔绝氧气。
(2)制得的纳米Fe3O4粒径小，且分布窄，包覆了蔗糖后的饱和磁化强度较强，是优良的磁性材料。
(3)该磁流体以水为载液，以蔗糖为表面活性剂，对环境和人体均无害，符合绿色化学的要求。
(4)原料易得价廉，易于工业应用。
具体实施方式
实施例1：
取10ml 0.12mol/L的硝酸铁溶液和10ml 0.08mol/L的硫酸亚铁溶液，混合并搅拌均匀，在40℃恒温水浴中，快速加入1.6ml氨水(25％)，搅拌15min，升温至60℃反应5min后停止。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性，得到的就是纳米Fe3O4。向该沉淀中加入16ml水，超声2min可得一分散均一的黑色溶液，接着加入4ml 0.34mol/L的蔗糖水溶液，搅拌6h使两者充分作用，最终可得稳定的水基磁流体。该方法制得的纳米复合颗粒的粒径为8.9nm，饱和磁化强度为38.6emu/g。
实施例2：
取10ml 0.18mol/L的硝酸铁溶液和10ml 0.12mol/L的硫酸亚铁溶液，混合并搅拌均匀，在40℃恒温水浴中，快速加入2.4ml氨水(25％)，搅拌15min，升温至60℃反应5min后停止。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性。向该沉淀中加入24ml水，超声2min可得一分散均一的黑色溶液，边搅拌边加入6ml 0.34mol/L的蔗糖水溶液，搅拌6h，最终可得稳定的水基磁流体。该方法制得的纳米复合颗粒的粒径为10.1nm，饱和磁化强度为40emu/g。
实施例3：
取10ml 0.24mol/L的硝酸铁溶液和10ml 0.16mol/L的硫酸亚铁溶液，混合并搅拌均匀，在40℃恒温水浴中，快速加入3.2ml氨水(25％)，搅拌15min，升温至60℃反应5min后停止。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性。向该沉淀中加入32ml水，超声2min可得一分散均一的黑色溶液，边搅拌边加入8ml 0.34mol/L的蔗糖水溶液，搅拌6h，最终可得稳定的水基磁流体。该方法制得的纳米复合颗粒的粒径为12.3nm，饱和磁化强度为45.6emu/g。
实施例4：
取10ml 0.3mol/L的硝酸铁溶液和10ml 0.2mol/L的硫酸亚铁溶液，混合并搅拌均匀，在40℃恒温水浴中，快速加入4ml氨水(25％)，搅拌15min，升温至60℃反应5min后停止。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性。向该沉淀中加入40ml水，超声2min可得一分散均一的黑色溶液，边搅拌边加入10ml 0.34mol/L的蔗糖水溶液，搅拌6h，最终可得稳定的水基磁流体。该方法制得的纳米复合颗粒的粒径为14.5nm，饱和磁化强度为52.3emu/g。
实施例5：
取10ml 0.36mol/L的硝酸铁溶液和10ml 0.24mol/L的硫酸亚铁溶液，混合并搅拌均匀，在40℃恒温水浴中，快速加入4.8ml氨水(25％)，搅拌15min，升温至60℃反应5min后停止。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性。向该沉淀中加入48ml水，超声2min可得一分散均一的黑色溶液，边搅拌边加入12ml 0.34mol/L的蔗糖溶液，搅拌6h，最终可得稳定的水基磁流体。该方法制得的纳米复合颗粒的粒径为15.4nm，饱和磁化强度为55emu/g。

Claims (2)

1.一种水基磁流体材料，其特征在于由磁性纳米Fe3O4、蔗糖包覆层和载体水组成，其中磁性纳米Fe3O4粒子颗粒直径为8.9-15.4nm，饱和磁化强度为38.6-55emu/g。
2.一种水基磁流体的制备方法，采用化学共沉淀法，其特征在于包括以下几个步骤：
第一步，原料配备：将硝酸铁配制成0.12-0.36mol/L的水溶液，硫酸亚铁配制成0.08-0.24mol/L的水溶液，将蔗糖配制成0.34mol/L的水溶液；
第二步，纳米Fe3O4的制备：将配制好的铁盐溶液各取10ml混合，在40℃恒温水浴中，加入1.6-4.8ml氨水(25％)，搅拌15min，升温至60℃搅拌5min，停止反应。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性；
第三步，磁流体的制备：在洗净的沉淀中加入16-48ml水，搅拌均匀，超声，得黑色均一溶液，向该溶液中加入4-12ml配制好的蔗糖水溶液，搅拌6h，得稳定的水基磁流体。
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Cited By (4)

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CN104528837A (zh) * 2014-12-15 2015-04-22 沈阳药科大学 稳定的纳米四氧化三铁磁流体的制备方法
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CN112133553A (zh) * 2020-10-30 2020-12-25 福州大学 一种水基磁流体的连续制备方法

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