磁性纳米四氧化三铁颗粒的化学制备及应用进展

共沉淀 纳米

第31卷　第4期　54　

2009年7月　　　上　海　金　属

SHANGHAIMETALS

Vol131,No14July,2009

磁性纳米四氧化三铁颗粒的化学制备及应用进展

李成魁　祁红璋　严　彪

(同济大学材料科学与工程学院上海市金属功能材料开发应用重点实验室,上海　200092)

　　【摘要】　综述了磁性纳米四氧化三铁粒子的各种化学制备方法,包括比较常用的共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热法等。根据最新的研究成果,比较了以上各种方法的

优缺点,并介绍了磁性纳米四氧化三铁在磁性液体、磁记录材料、催化、生物医学收材料等方面的具体应用。

【关键词】　四氧化三铁　纳米颗粒　　OF

3O4NANO2PARTICLES

LiChengkui　QiHongzhang　YanBiao

(ShanghaiKeyLab1ofD&AforMetal2FunctionalMaterials,SchoolofMaterialsScienceandEngineering,TongjiUniversity)

　　【Abstract】　Thechemicalpreparationmethodsweresummarizedincludingco2precipitation,sol2

gelmethod,microemulsion,hydro2thermalmethodetc.Basedontherecentprogress,relativemeritsofthosemethodswereanalyzed.TheapplicationofFe3O4nano2particlesinmagneticfluid,magneticrecordingmaterials,catalyticalandmicrowavematerialsandmedicinewereintroduced.

【KeyWords】　FerroFerricOxide,Nano2Particle,PreparationMethod,ApplicationProgress

　　由于纳米四氧化三铁特殊的理化学性质,使其在实际应用中越来越广泛,而其制备方法和性质的研究也得到了深入的进展。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理

方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一般产品纯度低、颗粒分布不均匀,易被氧化,且很难制备出10nm以下的纳米微粒,所以在工业生产和试验中很少被采纳。

化学方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好,颗粒度较小,操作方法也较为容易,生产成本也较低,是

[3～6]

目前研究、生产中主要采用的方法。本文着

基金项目:上海市科研计划资助项目(0752nm004)

[1～2]

重介绍各种化学制备方法的进展近况,陈述了各种方法的优缺点,纳米四氧化三铁颗粒在生产试验中的应用进展情况,以及实验中遇到的困难和将来的发展方向。

1　磁性Fe3O4纳米颗粒的制备方法

目前,制备磁性Fe3O4纳米颗粒方法的机理已研究得很透彻,归结起来一般分为两种。一是采用二价和三价铁盐,通过一定条件下的反应得到磁性Fe3O4纳米颗粒;另一种则是用三价铁盐,在一定条件下转变为三价的氢氧化物,最后通过烘干、煅烧等手段得到磁性Fe3O4纳米颗粒。111　共沉淀法

共沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子

作者简介:李成魁,男,主要从事磁性材料等开发研制工作,Email:lichk1510@1631com通讯作者:严　彪,同济大学教授,博士生导师,Email:yaobiao@vip1sina1com

共沉淀 纳米

第4期

李成魁等:磁性纳米四氧化三铁颗粒的化学制备及应用进展

生长出高度单分散的金属氧化物颗粒

[16]

55　

的可溶性盐溶液中,加入适当的沉淀剂,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉。共沉淀法有两种:一种是Massart水解法

[7]

。溶胶

-凝胶法基本原理是:将金属醇盐或无机盐经水

解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶,然后使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分,最后得到无机材料。溶胶-凝胶方法包括以下几个过程:(1)水解;(2)单体发生缩合和聚合反应形成颗粒;

(3)颗粒长大;

(4)颗粒团

[18]

,即将一定摩尔比的三价铁盐与

二价铁盐混合液直接加入到强碱性水溶液中,铁盐在强碱性水溶液中瞬间水解结晶形成磁性铁氧体纳米粒子。另一种为滴定水解法

[8]

,是将稀碱

溶液滴加到一定摩尔比的三价铁盐与二价铁盐混合溶液中,使混合液的pH值逐渐升高,当达到6～7时水解生成磁性Fe3O4纳米粒子。

聚,,溶胶变稠1。其

,pH。通过调节工可以制备出粒径小、粒径分布窄的纳米微粒

。

,原理是

Fe

[9～12]

32+

OH()2/(OH)3(形成

(1)共沉淀)

Fe(OH)2+Fe(OH)3→FeOOH+Fe304(pH≤715)

FeOOH+Fe

2+

+

→Fe3O4+H(pH≥912)

(2)(3)

该法的原理虽然简单,但实际制备中还有许多复杂的中间反应和副产物

2Fe3O4+015O2→3Fe2O3

2+

3+

[13]

:

(4)(5)

Fe3O4+0125O2+415H2O→3Fe(OH)3

图1　溶胶凝胶法全过程

[18]

此外,溶液的浓度、nFeΠnFe的比值、反应和熟化温度、溶液的pH值、洗涤方式等,均对磁性微粒的粒径、形态、结构及性能有很大影响。

Jiang等

[14]

1-粒度均匀分布的颗粒;2-均质溶胶;3-湿凝胶;4-气凝

胶;5-干凝胶;6-陶瓷;7-纤维;8-涂层;9-胶凝化或热处理后的薄膜

Tang等

[19]

在300℃以溶胶-凝胶方法合成了

用共沉淀法合成了窄分布的Fe3O4

[15]

具有纳米结构的磁性Fe3O4薄膜,且薄膜表面无一裂缝,在所加磁场为0～119T时,表现出磁光效应。Xu等

[20]

纳米粒子,并在其表面包覆了高分子,考察了其生物特性。Thapa等

利用简单而又具应用前景

的沉淀法合成了Fe3O4纳米粒子,发现当粒子的粒径在10nm以下时饱和磁化强度得到了提高。

共沉淀法的特点为产品纯度高、反应温度低、颗粒均匀、粒径小、分散性也好。但此法对于多组分来说,要求各组分具有相同或相近的水解或沉淀条件,因而工艺具有一定的局限性。112　溶胶-凝胶法

利用溶胶-凝胶法在真空退火的

条件下合成磁性Fe3O4纳米粒子,磁性粒子的大小、饱和磁化强度以及矫顽力都随着合成温度的增加而增大,而且Fe3O4粒子的相态随着不同的反应温度和气氛而变化。

此种方法能够比较严格区分晶体结晶成核和生长两个阶段,避免晶粒在生长过程中的大量聚沉现象,从而获得高度单分散的纳米颗粒。但Sol-gel方法采用金属醇盐作为原料,致使成本

溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)是日本科学家Sugimoto等于上世纪90年代发展起来的一种液相

偏高,且凝胶化过程缓慢,合成周期长。113　微乳液法

制备单分散金属氧化物颗粒的新工艺

[17]

。其基

本原理是:以高度浓缩的金属醇盐凝胶为基质,

通过对其溶解-再结晶(sol-gel过程)处理,

微乳液是由油、水、表面活性剂有时存在助表面活性剂组成的透明、各向同性、低黏度的热

共沉淀 纳米

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上　海　金　属

第31卷

力学稳定体系,其中不溶于水的非极性物质作为分散介质,反应物水溶液为分散相,表面活性剂

为乳化剂,形成油包水型(WΠO)或水包油(OΠW)微乳液。这样反应空间仅限于微乳液滴这一

下,水作为溶剂和矿化剂,同时还起到以下两个

作用:(1)液态或气态水都是传递压力的媒介;(2)在高压下,绝大多数反应物均能部分溶解于

水,促使反应在液相或者气相中进行。图3为水热反应釜示意图

[24]

微型反应器的内部,可有效避免颗 …… 此处隐藏：8089字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……