CN101279769B - 强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，属于纳米材料制备领域。本发明以可溶性三价铁盐和强碱为原料，以十二胺为表面活性剂，以乙二醇作为溶剂，并添加不同剂量的水，在室温下混合，经溶剂热反应后，对产物进行分离、洗涤和干燥。本发明制得的四氧化三铁纳米材料具有很强的磁性，其饱和磁化率接近四氧化三铁块体材料(92emu/g)且具有粒径均匀可控、磁性更强等特点，可应用于包括药物、蛋白质及基因的靶向运输及释放和临床诊断在内的生物医药领域，在化学化工、能源、纺织及环境等领域也具有良好的应用前景。

Description

强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法
技术领域
本发明涉及强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，属于纳米材料制备领域。
背景技术
纳米材料被看作是未来科学技术的基础支柱，其在电子信息、生物医学、化工催化等领域有着重要的应用前景。纳米材料的性质不仅与化学成分有关，而且与它们的结构、形状和尺寸有关。
磁性纳米材料在信息存储、磁性成像及靶向药物运输等领域具有诱人的应用前景。四氧化三铁具有良好的磁性能、生物相容性和低毒性而备受重视。目前，对四氧化三铁的研究已扩展到生物医药领域尤其是靶向药物运输的研究上。利用外加磁场可以使含纳米四氧化三铁的磁性靶向药物载体在生物体内病变部位富集，减小正常组织的药物接触，降低毒副作用，可有效减少药物的用量，提高药物的疗效。目前已发展出多种磁性纳米材料的制备方法，如化学沉淀法、微乳液法、超声法、热分解法、微波辅助法以及溶剂热法等，制备得到了多种不同形貌的磁性纳米材料，如单分散纳米颗粒、微球、纳米棒、纳米线和纳米管等。但形貌和粒径可控的强磁性纳米材料的制备仍是一个挑战。
发明内容
本发明提供了一种强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法。该方法利用纳米晶定向聚集生长得到了强磁性四氧化三铁多面体。其主要特征在于以可溶性三价铁盐和强碱为原料，以十二胺为表面活性剂，以乙二醇作为溶剂，并添加不同剂量的水，在室温下混合形成悬浮液，经溶剂热反应后，对产物进行分离、洗涤和干燥。
本发明方法具体步骤如下：
1、以可溶性三价铁盐和强碱(包括NaOH、KOH、Ca(OH)2)为原料，以乙二醇为溶剂，加入十二胺和水混合，其中乙二醇和水的体积比在60∶1到10∶1之间。
上述混合溶液优选的十二胺的浓度为0.01-0.5摩尔/升，三价铁盐的浓度为0.01-0.5摩尔/升，强碱(包括NaOH、KOH、Ca(OH)2)的浓度为0.02-1摩尔/升。
2、将步骤1中所得混合溶液转移至水热釜中，在150-220℃下进行热处理2-24小时。
3、对步骤2中所得产物进行分离，所得分离产物经洗涤后在空气中进行干燥，得到四氧化三铁纳米粉末。
上述优选的干燥温度为20-100℃。
本发明制备的四氧化三铁纳米粉末磁性强，形貌和尺寸可控，具有纳米晶组装成的多面体结构，其尺寸可在50-250纳米之间进行调控。其中，水的添加在制备过程中十分重要。与乙二醇相比，水分子同三价铁离子的结合能力比乙二醇分子同三价铁离子的结合能力要强，于是当水加入到反应体系中时，水分子更容易与铁离子结合，从而加快纳米晶的定向聚集作用。添加不同剂量的水，可以达到不同程度的定向聚集，从而可以调控聚集体中纳米晶之间的距离。由于纳米晶之间距离的不同，纳米晶之间相互作用也随之不同，相应的四氧化三铁聚集体的磁性就会不同。与纯乙二醇体系制备的四氧化三铁聚集体相比，本发明制备的四氧化三铁聚集体更致密，纳米晶之间的相互作用更强，磁性也更强。
本发明提供的强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法及得到的材料具有以下优点：
(1)采用乙二醇和水的混合体系，通过调节水的剂量可制备出形貌和粒径不同的四氧化三铁纳米材料。
(2)在四氧化三铁纳米材料的制备过程中以乙二醇同时作为溶剂和还原剂，简化了制备过程，降低了生产成本。
(3)在制备过程中以水控制四氧化三铁纳米材料的形貌和粒径，方法简单、价廉和高效。
(4)所得四氧化三铁纳米材料具有很强的磁性，其饱和磁化率接近四氧化三铁块体材料(92emu/g)。其中250纳米四氧化三铁多面体的饱和磁化率为90.3emu/g，50纳米四氧化三铁多面体的饱和磁化率为83.8emu/g。
(5)该发明涉及原料易得，制备工艺简单，不需要复杂昂贵的设备，可望实现工业化生产。
本发明所得产物具有粒径均匀可控、磁性更强等特点，可应用于包括药物、蛋白质及基因的靶向运输及释放和临床诊断在内的生物医药领域，在化学化工、能源、纺织及环境等领域也具有良好的应用前景。
附图说明
图1为在220℃溶剂热12小时得到的不同形貌和粒径强磁性四氧化三铁纳米材料的X射线粉末衍射谱图。(a)250纳米多面体(b)50纳米多面体。
图2为在220℃溶剂热12小时得到的250纳米多面体结构四氧化三铁的扫描电子显微镜照片。
图3为在220℃溶剂热12小时得到的250纳米多面体结构四氧化三铁的透射电子显微镜照片。
图4为在220℃溶剂热18小时得到的100纳米多面体结构四氧化三铁的透射电子显微镜照片。
图5为在220℃溶剂热12小时得到的50纳米多面体结构四氧化三铁的扫描电子显微镜照片。
图6为在220℃溶剂热12小时得到的50纳米多面体结构四氧化三铁的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，但不仅限于下述实施例。
实施例1
在室温下，将0.541克水合三氯化铁和0.371克十二胺溶解于20毫升乙二醇中，将0.160克氢氧化钠溶解于10毫升乙二醇中，混合上述溶液，并加入1毫升水，室温搅拌，得到均匀分散的悬浮液。将悬浮液全部转入聚四氟乙烯内衬中(内衬容量为50毫升)，密封。将内衬放入溶剂热反应装置，在220℃下保温12小时。反应体系自然冷却到室温后，取出产物，用离心法分离产物，分离的产物用水和无水乙醇各洗涤3次，60℃空气中干燥，得到黑色粉末。分析表明，产物为四氧化三铁，形貌为多面体，平均粒径为250纳米，饱和磁化率为90.3emu/g。
实施例2
在室温下，将0.541克水合三氯化铁和0.371克十二胺溶解于20毫升乙二醇中，将0.160克氢氧化钠溶解于10毫升乙二醇中，混合上述溶液，并加入1毫升水，室温搅拌，得到均匀分散的悬浮液。将悬浮液全部转入聚四氟乙烯内衬中(内衬容量为50毫升)，密封。将内衬放入溶剂热反应装置，在180℃下保温18小时。反应体系自然冷却到室温后，取出产物，用离心法分离产物，分离的产物用水和无水乙醇各洗涤3次，60℃空气中干燥，得到黑色粉末。分析表明，产物为四氧化三铁，形貌为多面体，平均粒径为100纳米。
实施例3
在室温下，将0.541克水合三氯化铁和0.371克十二胺溶解于20毫升乙二醇中，将0.160克氢氧化钠溶解于10毫升乙二醇中，混合上述溶液，并加入2毫升水，室温搅拌，得到均匀分散的悬浮液。将悬浮液全部转入聚四氟乙烯内衬中(内衬容量为50毫升)，密封。将内衬放入溶剂热反应装置，在220℃下保温12小时。反应体系自然冷却到室温后，取出产物，用离心法分离产物，分离的产物用水和无水乙醇各洗涤3次，60℃空气中干燥，得到黑色粉末。分析表明，产物为四氧化三铁，形貌为多面体，平均粒径为50纳米，饱和磁化率为83.8emu/g。

Claims (5)

1. 强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)以可溶性三价铁盐和强碱为原料，以乙二醇为溶剂，加入十二胺和水混合，其中乙二醇和水的体积比在60∶1到10∶1之间；
(2)将步骤(1)中所得混合溶液转移至水热釜中，在150-220℃下进行热处理2-24小时；
(3)对步骤(2)中所得产物进行分离，所得分离产物经洗涤后干燥。
2. 按权利要求1所述的强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，其特征在于所述的强碱为NaOH或KOH或Ca(OH)2。
3. 按权利要求1所述的强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，其特征在于所述的十二胺的浓度为0.01-0.5摩尔/升，三价铁盐的浓度为0.01-0.5摩尔/升。
4. 按权利要求2所述的强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，其特征在于所述的NaOH或KOH或Ca(OH)2的浓度为0.02-1摩尔/升。
5. 按权利要求1或2所述的强磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，其特征在于所述的干燥温度为20-100℃。
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