CN101887791A - Zn-γ-Fe2O3基磁凝胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于强磁性γ-Fe₂O₃纳米微粒的磁凝胶制备方法，本方法是在强磁性溶胶中，通过电解质形成强磁性凝胶，其特点是此凝胶中不含任何有机物，是具有强磁性的半固体材料，获得的凝胶可在(半)固态□液态之间可逆变化，并保持磁性不变。

Description

Zn-γ-Fe2O3基磁凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有强磁性的凝胶制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

自然界的磁性物质都是以固态形式存在的。为了得到液态磁性材料，通常采用将纳米级的磁性材料稳定分散于一定基液中形成具有磁性的胶体体系(也称磁性液体)。

胶体为固(分散相)-液(分散相)两相组成的分散体系，又分为溶胶和凝胶。溶胶具有通常液态物质所具有的流动性。一定条件下，溶胶在放置过程中会产生“胶凝”过程，自动地“冻”起来，形成凝胶-失去流动性、呈固体状。凝胶具有固体和液体的某些性质，并在机械作用下(摇动或静置)

实际上，人工制备的磁性胶体通常为磁性溶胶，不具有胶凝性质。现有的强磁性凝胶是在非磁性的有机凝胶中掺入强磁性的纳米微粒。有机凝胶容易氧化变性，因而此种磁凝胶的使用将受到严重的限制。

发明内容

本发明提出一种基于强磁性γ-Fe₂O₃纳米微粒的磁凝胶制备方法。

本发明的技术方案如下

γ-Fe₂O₃基磁性凝胶的制备方法，其步骤如下：

第一步分散相的制备

(1)γ-Fe₂O₃纳米微粒的制备

在碱性介质中，通过沉淀法制备γ-Fe₂O₃纳米微粒，用蒸馏水清洗两次。

(2)γ-Fe₂O₃纳米微粒的处理

A.处理液

ZnCl₂、FeCl₃、NaOH、HCl水溶液混合物，ZnCl₂、FeCl₃、NaOH和HCl的摩尔比为0.02∶0.04∶0.35∶0.06。

B.处理

将γ-Fe₂O₃纳米微粒掺入处理液中加热至沸腾，加热处理时γ-Fe₂O₃纳米微粒与处理液的体积比为1∶20～30。

C.清洗、干燥

通过多次清洗至清洗液的pH值为7～8左右，然后用丙酮脱水，在干燥器中干燥，得到做为分散相的微粒，为与未经处理的γ-Fe₂O₃微粒区别，将经过处理的微粒称之为Zn-γ-Fe₂O₃微粒。

第二步分散介质的制备

配置适当浓度的HNO₃水溶液作为分散介质。HNO₃水溶液的浓度由下式确定：

$S=\frac{3\×{10}^3{\mathrm{\ρ}}_s}{Z_b{M}_{\mathrm{ws}}}\·\frac{{\mathrm{\φ}}_v}{1-{\mathrm{\φ}}_v}\·Q(\mathrm{mol}/L)---\left(1\right)$

式中Z_b是分散介质中的酸根离子的化合价，ρ_s为分散相的密度，(以g/cm³为单位)，M_ws为分散相的分子量，φ_v为分散相的体积分数，Q值应为：0.15＜Q＜0.30。

第三步凝胶的合成

按一定比例，将作为分散相的Zn-γ-Fe₂O₃微粒与作为分散介质的HNO₃水溶液充分搅拌混合，然后摇动半小时，最后静置，以使发生胶凝过程。

为合成凝胶，分散相与分散介质的比例必须恰当，这可由分散相的体积分数φ_v表示：

φ_v估应为：1.0％＜φ_v＜2.5％。

本方法是在强磁性溶胶中，通过电解质形成强磁性凝胶，其特点是此凝胶中不含任何有机物，是具有强磁性的半固体材料，获得的凝胶可在(半)固态口液态之间可逆变化，并保持磁性不变。

附图说明

图1是由实施例1获得的Zn-γ-Fe₂O₃微粒的磁化曲线。

图2是由实施例1获得的φ_v＝1.5％的Zn-γ-Fe₂O₃基磁凝胶的磁化曲线。

具体实施方案

实施例1

第一步分散相的制备

(1)γ-Fe₂O₃纳米微粒的制备

将FeCl₃水溶液(200ml，0.2mol/L)与(NH₄)₂Fe(SO₄)₂水溶液(200ml，0.1mol/L)混合后在水浴锅中加热至60℃。然后加入NaOH水溶液(200ml，0.7mol/L)。保温30分钟，并保持搅拌。自然冷却至室温。用蒸馏水清洗至pH≈8。

(2)γ-Fe₂O₃纳米微粒的处理

A.处理液的制备

ZnCl₂水溶液(10ml，2mol/L，另加入5ml(12mol/l)的HCl)，FeCl₃水溶液(40ml，1mol/L)和NaOH水溶液(500ml，0.7mol/L)混合得到处理液。

B.处理

将γ-Fe₂O₃加入处理液中充分搅拌均匀。然后在电炉上加热至沸腾，保持沸腾10分钟后，自然冷却至室温。

C.清洗、干燥

用0.01mol/L的HNO₃水溶液清洗至pH≈6～7。用丙酮脱水后放入硅胶干燥器。12小时后得到脱水、干燥的Zn-γ-Fe₂O₃微粒。

第二步分散介质的制备

根据(1)式，取Q＝0.22，φ_v＝1.5％，确定做为分散介质的HNO₃水溶液的浓度S为0.22mol/L。

第三步凝胶的合成

根据(2)式，由φ_v＝1.5％可确定微粒与基液(即做为分散介质的HNO₃水溶液)的体积比例为1.52∶100。由此根据γ-Fe₂O₃与基液密度(Zn-γ-Fe₂O₃微粒密度近似取为γ-Fe₂O₃微粒密度)，称取一定质量的γ-Fe₂O₃微粒和基液，在搅拌状态下将微粒与基液混合然后摇动30分钟。静置24小时后，可得φ_v为1.5％的γ-Fe₂O₃基凝胶。

实施例2

第一步分散相的制备

同实施例1

第二步分散介质的制备

根据(1)式，取Q＝0.24，φ_v＝2％，确定做分散介质的HNO₃水溶液的浓度为0.32mol/L.

第三步凝胶的合成

根据(2)式，由φ_v＝0.2％可确定微粒与基液的体积比例为2.04∶100，由此根据γ-Fe₂O₃与基液密度(Zn-γ-Fe₂O₃微粒密度近似为γ-Fe₂O₃微粒密度)称取一定质量的γ-Fe₂O₃微粒和基液，在搅拌状态下将微粒与基液混合。然后摇动30分钟。静置24小时后可得γ-Fe₂O₃基凝胶。

Claims (2)

1.γ-Fe₂O₃基磁凝胶的制备方法，其中包括如下步骤

第一步：分散相制备

首先制取γ-Fe₂O₃纳米微粒，然后经由ZnCl₂、FeCl₃、NaOH和HCl混合水溶液组成的处理液加热处理，得到Zn-γ-Fe₂O₃微粒做为分散相；处理液中的ZnCl₂、FeCl₃、NaOH和HCl的摩尔比为0.02∶0.04∶0.35∶0.06，加热处理时γ-Fe₂O₃纳米微粒与处理液的体积比为1∶20～30；

第二步：配制HNO₃水溶液做为分散介质

HNO₃浓度由下式确定：

$S=\frac{3\×{10}^3{\mathrm{\ρ}}_s}{Z_b{M}_{\mathrm{ws}}}\·\frac{{\mathrm{\φ}}_v}{1-{\mathrm{\φ}}_v}\·Q(\mathrm{mol}/L)---\left(1\right)$

式中Z_b是分散介质中的酸根离子的化合价，ρ_s为分散相的密度，以g/cm³为单位，M_ws为分散相的分子量，φ_v为分散相的体积分数，0.15＜Q＜0.30；

第三步：凝胶的合成

在搅拌状态下，将做为分散相的Zn-γ-Fe₂O₃微粒与做为分散介质的HNO₃水溶液充分混合；摇动20分钟到40分钟后静置，使之充分胶溶和凝胶化形成磁凝胶；其中分散相与分散介质的比例由分散相的体积分数φ_v表示：

φ_v为1.5％-2.5％。

2.根据权利要求1所述γ-Fe₂O₃基磁凝胶的制备方法，其特征在于所述γ-Fe₂O₃纳米微粒是亚铁磁微粒，其粒径在4nm至40nm。

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