CN104986804B - 制备γ-Fe2O3磁性纳米颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种γ‑Fe₂O₃纳米颗粒的制备方法。本发明的方法是将Fe³⁺盐直接溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，Fe³⁺盐不超过其在二甲基甲酰胺中的饱和溶解度的量，搅拌均匀为透明的溶液后再将溶液在150℃～280℃烧结1~4小时，即得到γ‑Fe₂O₃纳米颗粒。本发明的制备γ‑Fe₂O₃纳米颗粒的方法克服了现有技术的繁琐的过程和复杂后期处理等不足，在整个的制备过程中不需要调节pH值，不需要洗涤过滤，不需要任何辅助剂或表面活性剂，具有生产速率快、产量高、效益高且易于大批量工业生产的优点。

Description

制备γ-Fe2O3磁性纳米颗粒的方法

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制造方法，确切讲本发明涉及一种γ-Fe₂O₃纳米颗粒的制备方法。

背景技术

磁性纳米颗粒具有的独特的磁性和电子特性,在磁敏感器件、微波涂层、生物医学中以及其他化学催化等工业中展示了其良好的应用前景。在众多纳米材料中, γ-Fe₂O₃因其具有良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线线有良好的吸收和屏蔽效应而倍受瞩，可广泛应用于闪光涂料、汽车面漆、电子、高磁记录材料、气敏传感、催化剂、非线性光学以及生物医药工程等方面。γ-Fe₂O₃是目前应用最广,产量最大的以及价格最便宜的氧化物记录介质材料，我国目前的磁性纳米颗粒市场需求呈上升趋势，虽然γ-Fe₂O₃在现有的生产技术上取得很大进步，但是在目前这一领域还有许多问题需要改进。而且随着电子工业等高科技产业的飞速发展，对磁性纳米颗粒的需求量也跟着迅速增加。因此纳米γ-Fe₂O₃的制备日益引起科技工作者的重视，掌握和改进纳米γ-Fe₂O₃的制备方法, 具有十分重要的理论价值和现实意义。

在现有传统技术中制备的方法有：溶胶凝胶法、共沉淀法、水热法等。

溶胶凝胶法所制得的粉体的产物具有化学均匀性好、颗粒细、烧结温度低等优点。但是该方法对外界条件的要求较高，不易控制，成本较高，对工业化而言，还比较难以大规模地实现。

水热法虽制备的粉体晶粒发育完整，颗粒小且分布均匀，可得到纯度高、团聚程度小、烧结性良好的磁性纳米颗粒，但是该方法需要调节pH值和离心清洗，而且所得颗粒尺寸不均匀。

沉淀法工艺简单，所制得颗粒性能良好，并具有反应物化学活性高、产物粉体混合均匀、粒度细等优点，但用该法合成的纳米粉易团聚，需对产物进行表面修饰，限制了其应用。另外，沉淀法使用的表面活性剂以及反应体系的pH值都会对产品的性能产生影响。

现有技术中虽然已经有部分改进的关于γ-Fe₂O₃纳米颗粒制备方法的专利(专利号公开号：CN103316614A、CN104064315A、CN103274476A、CN103466717A、CN102910682A、CN102923787A等)，但是此前的这些方法(包括传统方法)大部分制备过程多，需要处理的原料种类多，比如需要：十八烯酸、辛基醚、乙酸钠、乙醇胺、丙二醇、六次甲基四胺、酸、碱、有机溶剂等，或者需要调节pH值(pH值调节需要添加其他酸性或碱性物质)，或者需要一些辅助剂或者表面活性剂(比如高分子分散剂、多远酸盐、沉淀剂等)，而且处理过程(需要超声、调温等)和后续工作较多(后序工作需要加其他药品如去离子水、丙酮破乳、乙醇等多次分离沉淀、离心清洗等)，过程繁琐。

由于现有技术有上述不足，开发一种新颖、简单、方便、高效且颗粒尺寸分布均匀的制备γ-Fe₂O₃纳米颗粒的方法具有重大意义。

发明内容

本发明提供一种可克服现有技术不足，能更为简单、廉价、高效的制备γ-Fe₂O₃纳米颗粒的方法。

本发明的制备γ-Fe₂O₃纳米颗粒的方法是将Fe³⁺盐直接溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，Fe³⁺盐不超过其在二甲基甲酰胺中的饱和溶解度的量，搅拌均匀为透明的溶液后再将溶液在150℃～280℃烧结1~4小时，得到γ-Fe₂O₃纳米颗粒。

本发明优选的制备γ-Fe₂O₃纳米颗粒的方法是将Fe(NO₃)₃·9H₂O与二甲基甲酰胺质量比为1:4溶解，搅拌均匀为透明的溶液后再将溶液在180℃～220℃进行烧结，烧结时间2个小时。

本发明的制备γ-Fe₂O₃纳米颗粒的方法克服了现有技术的繁琐的过程和复杂后期处理等不足，在整个的制备过程中不需要调节pH值，不需要洗涤过滤，不需要任何辅助剂或表面活性剂，只需将DMF和Fe³⁺盐溶解在一起，通过一步溶剂烧结法，即可得到γ-Fe₂O₃纳米颗粒，而且所得γ-Fe₂O₃纳米颗粒尺寸小且均匀，具有生产速率快、产量高、效益高且易于大批量工业生产的优点。

附图说明

附图1为本发明制备方法流程的示意图,其中：(a)代表药品Fe(NO₃)₃·9H₂O，(b)代表药品DMF。附图2为本发明实施例制备的样品的X射线衍射谱图。附图3为本发明不同实施例制备的样品的扫描电镜图，其中：a为烧结温度100℃样品；b为烧结温度150℃样品；c为烧结温度200℃样品；d为烧结温度250℃样品；e为烧结温度300℃样品；f为烧结温度350℃样品；g为烧结温度400℃样品。附图4为本发明不同实施例制备的样品的磁滞曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

按照图1中所示的步骤制备,配制的药品Fe³⁺盐不超过其在二甲基甲酰胺中的饱和溶解度的量，再将三价铁盐与DMF混合放到坩埚里，经搅拌均匀为透明的溶液。然后把盛有透明溶液放的坩埚放入马弗炉中，在120℃～300℃烧结1~4小时，试验表明通常选择200℃左右下烧结2小时作为制备条件即可得到较好的结果，等烧结完后坩埚里得到产物。

实施例

按照前述的步骤实施，只改变在100℃、150℃、250℃、300℃、350℃、400℃下烧结，等烧结完后，取坩埚里所得产物进行相应的测试。

对所得到的样品进行X射线衍射的谱图如图2所示，表明在烧结温度为150℃、200℃、250℃下会生成γ-Fe₂O₃纳米颗粒相，若温度太低(100℃时)，γ-Fe₂O₃不能成相；若温度太高(300℃、350℃、400℃)，会产生其他相的Fe₂O₃，导致所得到的产品不是单一的纯γ-Fe₂O₃相。

通过对所得到的样品扫描电镜观察可见，参见图3，不同温度的SEM照片可以看出, γ-Fe₂O₃纳米颗在烧结温度为150℃ [图(b)]、200℃ [图(c)]、250℃ [图(d)]时，所得颗粒尺寸都比较均匀，没有团聚等现象，若温度再高，γ-Fe₂O₃纳米颗粒不仅还会出现杂质，而且会出现团聚等现象。

从图4中可见所得到的产物的VSM，结果表明，所制备的γ-Fe₂O₃纳米颗在烧结温度为150℃、200℃、250℃时均具有较高的饱和磁化强度，其中在温度为200℃时磁化强度达到74 emu/g。

Claims (2)

1.制备γ-Fe₂O₃纳米颗粒的方法，其特征在于将Fe³⁺盐直接溶于二甲基甲酰胺中，Fe³⁺盐不超过其在二甲基甲酰胺中的饱和溶解度的量，搅拌均匀为透明的溶液后再将溶液在150℃～280℃烧结1~4小时，得到γ-Fe₂O₃纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备γ-Fe₂O₃纳米颗粒的方法，其特征在于将Fe(NO₃)₃·9H₂O与二甲基甲酰胺质量比为1:4溶解，烧结温度为180℃～220℃，烧结时间2个小时。