CN105502514B - 超顺磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，属于磁性材料制备技术领域。本发明使用硫酸亚铁，钨酸钠，硝酸锂作为原料，通过水热反应一步生成四氧化三铁纳米颗粒，离心烘干后对所得的纳米晶进行高温处理稳定结构。本制备方法简单，一步成型，反应浓度高，产率高；制备条件相对温和，120摄氏度水热，无需额外加压；原料成本低，反应便于调控；产品具备良好的超顺磁性，有很高的饱和磁通量。
Description
技术领域
本发明涉及磁性材料制备技术领域，具体涉及一种超顺磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法。
背景技术
磁性复合纳米粒通常具有两种结构,一种结构是以纳米磁性粒子(MagneticParticles,MP)作为内核,某一功能化材料为外壳；而另一种结构则相反,其外壳为纳米磁性粒子,包括纳米磁性粒子作为外壳的中空亚微球等各种复合结构物质的磁性来源于物质内部电子和核的磁性质。这样的结构使磁性纳米复合材料具有纳米材料的小尺寸效应，量子效应，强大的比表面积，量子隧道等效应，以及其他复合材料的相关特性。
任何带电体的运动都必然在它周围产生磁场，而纳米粒子表面的化学物质会对粒子的化学和物理性质产生很大影响。对于纳米粒子而言，随着颗粒的减小，表面原子所占比例越来越大，导致表面效应也越来越显著。由于粒子不完全是球形，使表面的磁性金属离子所处化学环境的对称度降低，因此粒子表面层的磁结构往往与内部的很不相同。这些不同可能会导致粒子的磁性能发生变化。
超顺磁性纳米颗粒是指具有磁响应性的纳米级粒子，其直径一般小于30nm,当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸时，粒子进入超磁性状态。
由于磁性四氧化三铁生物纳米颗粒的制作简单，具有比表面积效应和磁效应，在外加磁场的作用下可具有靶向性，且四氧化三铁的晶体对细胞无毒。在磁性四氧化三铁的晶体表面可很容易地包埋生物高分子，如多聚糖、蛋白质等形成核壳式结构，可使其达到生物相容性，使其有越来越多的应用研究领域。但是一般合成方法复杂，或者需要高成本的添加剂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超顺磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，采用金属盐离子作为形貌控制剂降低成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超顺磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，它包括以下步骤：
(1)硫酸亚铁水溶液的制备；
(2)向步骤(1)硫酸亚铁水溶液中加入硝酸锂和钨酸钠至极高浓度并加热使之溶解；
(3)将步骤(2)所得混合溶液置于水热反应釜中进行反应；
(4)将步骤(3)所得产物取出离心烘干；
(5)对步骤(4)所得粉末进行退火,制得超顺磁性四氧化三铁纳米材料。
其中：
步骤(1)：配置硫酸亚铁溶液所使用的双蒸水先煮沸赶走空气，所述硫酸亚铁水溶液的摩尔浓度为0.1mol/L～0.4mol/L，体积为15mL，反应所用烧瓶中通氮气5分钟赶走空气。
步骤(2)：硝酸锂浓度为4.1mol/L，钨酸钠与硫酸亚铁等浓度。加热温度为65摄氏度。
步骤(3)：取上述反应溶液1.5mL置于反应釜中，水热反应釜为金属外壳，25mL特氟龙内胆，反应温度为120摄氏度，时间为6小时。
步骤(4)：离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
步骤(5)：退火处理为500摄氏度2小时，氮气气氛，升/降温速度均为2摄氏度每分钟。
与现有技术相比，本发明所述制得的超顺磁性四氧化三铁纳米材料具有以下优点：
(1)制备方法简单，一步成型，反应浓度极高，产率高。
(2)制备条件相对温和，120摄氏度水热，无需额外加压。
(3)原料成本低，反应便于调控。
(4)产品具备良好的超顺磁性，有很高的饱和磁通量。
附图说明
图1是实施例1所制得的四氧化三铁纳米颗粒的扫描电镜图。
图2是实施例2所制得的四氧化三铁纳米颗粒的扫描电镜图。
图3是实施例1所制得的四氧化三铁纳米颗粒的磁滞回线图。
图4是实施例2所制得的四氧化三铁纳米颗粒的磁滞回线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明，但并不因此而限制本发明的内容。
实施例1：
一种超顺磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一，配置硫酸亚铁溶液所使用的双蒸水先煮沸赶走空气，反应所使用的烧瓶通氮气五分钟赶走空气，以防止步骤二的加热过程中二价铁离子被氧化；本实施例中，硫酸亚铁水溶液的摩尔浓度为0.1mol/L，总体积为15mL；
步骤二，加入0.424g硝酸锂和与硫酸亚铁等摩尔量的钨酸钠，在.65℃下加热至溶解完全，得到混合溶液。本实施例中，硝酸锂的摩尔浓度为4.1mol/L；
步骤三，取出1.5mL上述溶液置于25mL特氟龙内胆中，加入氨水100μL，将特氟龙内胆装入金属外壳中，120℃反应6小时；
步骤四，对步骤三完成后的产物进行离心分离，转速为9000rpm，水洗3遍，乙醇洗3遍，所得产品在60℃下真空干燥6小时。
步骤五，对步骤四得到的粉末进行退火，退火处理为500摄氏度2小时，氮气气氛，升/降温速度均为2摄氏度每分钟。
本实施例的一种超顺磁性四氧化三铁纳米材料的制备方法所制得的超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒为一种平均直径为20nm左右的纳米颗粒。常温298K下表现出超顺磁性，最大饱和磁通密度为40.22emu/g。相比于Sun等的文章可得知，通过油酸钠等有机添加剂方法合成的四氧化三铁纳米颗粒，当粒径缩小到8nm，最大饱和磁通密度才能达到41.22emu/g。(J.Sun,S.Zhou,P.Hou,Y.Yang,J.Weng,X.Li and M.Li,J.Biomed.Mater.Res.,Part A,2007,80A,333.)因此，本发明方法技术方案效果显著。
实施例2，同实施例1，其中硫酸亚铁和钨酸钠的浓度改为0.4mol/L，通过图2可以看出，更高浓度下所得到的四氧化三铁纳米晶体进一步长大成为纳米棒。通过图4可以看出，随着纳米晶体的长大，超顺磁性消失，最大饱和磁通量下降为6.94emu/g，剩余磁化强度为2.25emu/g，矫顽力为96.3。
Claims (4)
1.一种超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，它包括以下步骤：
(1)硫酸亚铁水溶液的制备；
(2)向步骤一硫酸亚铁水溶液中加入硝酸锂和钨酸钠并加热使之溶解；
(3)将步骤二所得混合溶液置于水热反应釜中进行反应；
(4)将步骤三所得产物取出离心烘干；
(5)对步骤四所得粉末进行退火，制得超顺磁性四氧化三铁纳米材料；
步骤(1)中配置硫酸亚铁溶液所使用的双蒸水先煮沸赶走空气，所述硫酸亚铁水溶液的摩尔浓度为0.1mol/L～0.4mol/L，体积为15mL，反应所用烧瓶中通氮气5分钟赶走空气。
2.根据权利要求1所述的一种超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)中硝酸锂浓度为4.1mol/L，钨酸钠与硫酸亚铁等浓度；加热温度为65摄氏度。
3.根据权利要求1所述的一种超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(4)中离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
4.根据权利要求1所述的一种超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(5)中退火处理为500摄氏度2小时，氮气气氛，升/降温速度均为2摄氏度每分钟。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170524 Termination date: 20191227 |