专利名称：锌铁氧体磁性凝胶的制备方法
技术领域：
本发明为一种具有磁性的凝胶制备方法，属于材料技术领域。
背景技术：
一定条件下，溶胶或大分子化合物的真溶液在放置过程中会自动地"冻"起来，形成凝 胶——失去流动性、呈固体状。这种在放置过程中自动形成凝胶的过程称之为胶凝。亲水性 较大的溶胶中加入适当的电解质可形成凝胶。凝胶由固(分散相)——液(分散介质)两相组成，与溶胶的构成相似，同属胶体分散 体系。与溶胶不同的是，凝胶中不但分散介质(如水)是连续相，而且分散相(如微粒)构 造的网络也是连续相。凝胶兼有固体和液体的某些性质，如无流动性(固体特性)，水凝胶 中离子扩散速度接近于在水溶液中扩散速度。在机械作用下(摇动或静置)可发生凝胶—— 溶胶的可逆变化。磁性纳米微粒可通过一定的克服沉降的方法使其稳定地分散于基液中形成具有磁性和 液体流动性的溶胶，常称为磁性液体、磁流体或磁性胶体。根据凝胶的形成机理，在水性基 液的磁性液体中，若能兼容恰当的电解质使之产生胶凝过程，并且不产生微粒沉降，则可能 形成磁性凝胶，简称磁凝胶。现有的磁性凝胶是在非磁性的有机凝胶中掺入磁性微粒，不是严格意义上的磁性凝胶， 而是凝胶(非磁性的)与磁性物质的合成物，其制备过程较为复杂。发明内容本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种锌铁氧体磁性凝胶的制备方法， 以在磁性液体(磁性溶胶)中，通过电解质形成凝胶。 本发明的技术方案如下锌铁氧体磁性凝胶的制备方法，其步骤如下 第一步分散相的制备在碱性介质中，通过共沉淀法制备ZnFe204纳米颗粒，通过多次清洗至清洗液pH值为 7 8左右，然后用丙酮脱水，在干燥皿中静置。作为分散相的磁性微粒应选取平均粒径小于10nm的ZnFe204纳米微粒。 第二步分散介质的制备配制适当浓度的HN03水溶液作为分散介质。分散介质的HN03浓度由下式确定式中A是分散介质中酸根离子的化合价，A为分散相的密度(以g/ci^为单位)，A^,为分散相的分子量。Q值为0.2—~0.5。第三步合成按一定比例，将作为分散相的ZnFe204纳米颗粒与作为分散介质的HN03水溶液充分搅 拌混合，然后摇动，静置，以产生胶溶——胶凝过程，形成磁性凝胶。其中，分散相与分散介质的比例必须合适，这由分散相的体积分数Ov表示- 分散相体积 (2)v —分散相体积+分散介质体积Ov应为1.5%——2.5%。 合成的原理为 ZnFe2CXj在HN03溶液中产生形成电解质和水的反应ZnFe204+8HN03=Zn(N03)2+2Fe(N03)3+4H20 (3) 从(3)式可知，如果HN03和ZnFe204的摩尔比小于8: 1，则锌铁氧体(ZnFe204)只部分 溶解——仅仅发生ZnFe204颗粒表面溶解——产生Zn(N03)2和Fe(N03)3电解质，未溶解部 分仍以颗粒形式存在(尺寸减小)，于是形成了 ZnFe204颗粒与电解质构成的体系。在恰当 的合成条件下，此体系呈现一般凝胶所具有的能在溶胶——凝胶之间产生可逆变化的性质。 本方法是在磁性液体(磁性溶胶)中，通过电解质形成凝胶，其特点是促使磁性液体形 成磁性凝胶的胶凝反应的电解质不是另外加入的化学物质，而是构成磁性液体溶胶所固有成 分，即ZnFe204纳米颗粒，是具有磁性的半固态材料，获得的凝胶可在(半)固^~~液态 之间即凝胶——溶胶之间可逆变化，并保持磁性不变。
图1是由实施例1获得的ZnFe204凝胶的磁化曲线。
具体实施例方式
实施例h第一步分散相——ZnFe204纳米微粒的制备以FeCl3和ZnCl2为原料，按Fe与Zn的摩尔比为2: 1的比例选取两者的水溶液进行混 合(在ZnCl2的溶液中加入少量的HC1)。将FeCl3和ZnCl2的混合溶液倒入NaOH水溶液中， 然后加热至沸腾。沸腾5分钟后让其在室温自然冷却，逐渐有棕黄色的ZnFe204纳米微粒析 出。用蒸馏水将ZnFe204微粒沉淀清洗至pH二7 8。经5倍与ZnFe204沉淀体积的丙酮脱 水三次，然后静置于干燥器中24小时。选取平均粒径小于10nm的ZnFe204纳米微粒备用。第二步分散介质——基液的配制根据(1)式，取Q-0.35， 0>v=2%，确定HNCb水溶液的浓度C为0.44mol/L。第三步凝胶的合成根据(2)式，由Ov-2X可确定ZnFe204颗粒与基液的体积比例为0.02。由此根据ZnFe204 与基液密度，称取一定质量ZnFe204颗粒和基液。在搅拌状态下将ZnFe204颗粒与基液混合， 然后摇动三十分钟，静置24小时后，可得到ZnFe204凝胶。实施例2:第一步分散相"~ZnFe204纳米微粒的制备 与实施例l第一步相同，略 第二步分散介质——基液的配制根据(1)式，取Q-0.25， Ov=2%，确定HNO3水溶液的浓度为0.30mol/L。第三步凝胶的合成 与实施例l第一步相同，略实施例3:第一步分散相——ZnFe204纳米微粒的制备 与实施例l第一步相同，略 第二步分散介质——基液的配制根据(1)式，取Q-0.35， $v=1.5%，确定HNO3水溶液的浓度为0.32mol/L。第三步凝胶的合成根据(2)式，由①v二1.5^可确定ZnFe204颗粒与基液的体积比例为0.015。由此根
据ZnFe204与基液密度，称取一定质量ZnFe204颗粒和基液。在搅拌状态下将ZnFe204 颗粒与基液混合，然后摇动三十分钟。静置24小时后，可得到ZnFe204凝胶。对所得ZnFe204凝胶的磁性测量用HH—15振动样品磁强计进行磁化强度的测量，得到比磁化强度cj与磁场H关系的磁 化曲线，如图1所示。从图中可知，比磁化强度o与磁场H呈线性关系，表明本方法制备的 ZnFe204凝胶具有顺磁性。
权利要求
1、锌铁氧体磁性凝胶的制备方法，包括下步骤第一步制备ZnFe2O4纳米颗粒作为分散相；第二步配制HNO3水溶液作为分散介质；HNO3浓度由下式确定
2、根据权利要求1所述的锌铁氧体磁性凝胶的制备方法，其特征在于所述ZnFe204纳 米颗粒分散相的制备是在碱性介质中，通过共沉淀法制备ZnFe204纳米颗粒，并清洗至清洗 液pH值为7 8，再用丙酮脱水，在干燥皿中静置。
3、根据权利要求1或2所述的锌铁氧体磁性凝胶的制备方法，其特征在于:所述ZnFe204 纳米颗粒的平均粒径小于10nm。
全文摘要
本发明提出一种锌铁氧体磁性凝胶的制备方法，其步骤包括通过共沉淀法制备ZnFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>纳米颗粒作为分散相，并配制适当浓度的HNO<sub>3</sub>水溶液作为分散介质。分散介质的HNO<sub>3</sub>浓度由式(1)确定；然后按一定比例，将作为分散相的ZnFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>纳米颗粒与作为分散介质的HNO<sub>3</sub>水溶液充分搅拌混合，摇动，然后静置，以产生胶溶——胶凝过程，形成磁性凝胶。本方法是在磁性液体(磁性溶胶)中，通过电解质形成凝胶，其特点是促使磁性液体形成磁性凝胶的胶凝反应的电解质不是另外加入的化学物质，而是构成磁性液体溶胶所固有成分，即ZnFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>纳米颗粒，是具有磁性的半固态材料，获得的凝胶可在(半)固态—液态之间即凝胶—溶胶之间可逆变化，并保持磁性不变。
文档编号C01G49/00GK101148270SQ200710092680
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月10日 优先权日2007年9月10日
发明者建 李, 强 李 申请人:西南大学