专利名称：一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性纳米线的制备方法
背景技术：
纳米线是物质在纳米尺度上的一种特殊结构，它在空间有两维处于纳米尺度。 现有的纳米线种类很多，磁性纳米线作为纳米材料的成员之一因其优异的磁学性能而得 到广泛的应用。其中磁性Fe3O4纳米线和尖晶石型铁酸盐纳米线在磁性记录介质、光催 化、磁流体、颜料染料等许多领域都有重要的应用价值。目前磁性Fe3O4纳米线和尖晶石型铁酸盐纳米线的制备方法中，溶胶-凝胶法和 采用磁场辅助的水热方法所获得的纳米线产率较低，纳米线直径范围较广，且产物中常 含有大量的纳米颗粒，品质较差；采用表面活性剂辅助的水热方法在反应过程中引入表 面活性剂或聚合物，不仅增加了反应的复杂性，还会对合成的产物及环境造成污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的磁性Fe3O4纳米线和尖晶石型铁酸盐纳米线的制 备方法操作复杂、成本高、纳米线产率低的问题，而提供一种磁场诱导磁性纳米线的制 备方法。本发明的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行一、用蒸馏 水、三氯化铁和二价金属氯化物配制金属离子总浓度为0.01 0.5mol/L的金属离子溶 液，其中三氯化铁与二价金属氯化物的质量比为2 1，将氢氧化钠或氨水加入到蒸馏 水中配制浓度为0.5 5mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠、硼氢化钠或水合胼加入到蒸馏 水中配制浓度为0.2 2mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水 溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应 2 10h，磁场强度为0.1 0.4T，反应温度为120 200°C，得反应产物；三、将反应 产物在室温下先用蒸馏水洗涤4 6次，再用无水乙醇洗涤1 2次，然后在50 60°C 干燥1 10h，即得到磁性纳米线；其中步骤一所述的二价金属氯化物为二氯化铁、氯化 锰、氯化锌、氯化钴、氯化镍中的任意一种；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比 为1 5 1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为1 10 1 ；制备的磁性纳 米线为Fe3O4纳米线、MnFe2O4纳米线、ZnFe2O4纳米线、CoFe2O4纳米线或NiFe2O4纳 米线。本发明的方法利用外加磁场诱导磁性纳米线的生长，无特殊温度要求，避免了 能源浪费；操作简单，不使用毒害性的表面活性剂和昂贵的原材料，保护了环境，节约 了成本；使用本发明的方法制备的磁性纳米线产率为95.6 99.9%。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间
3的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤 进行一、用蒸馏水、三氯化铁和二价金属氯化物配制金属离子总浓度为0.01 0.5mol/ L的金属离子溶液，其中三氯化铁与二价金属氯化物的质量比为2 1，将氢氧化钠或 氨水加入到蒸馏水中配制浓度为0.5 5mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠、硼氢化钠或水 合胼加入到蒸馏水中配制浓度为0.2 2mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶 液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场 热处理炉中反应2 10h，磁场强度为0.1 0.4T，反应温度为120 200°C，得反应产 物·’三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤4 6次，再用无水乙醇洗涤1 2次， 然后在50 60°C干燥1 10h，即得到磁性纳米线；其中步骤一所述的二价金属氯化 物为二氯化铁、氯化锰、氯化锌、氯化钴、氯化镍中的任意一种；步骤二中碱溶液与金 属离子溶液的摩尔比为1 5 1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为1 10 1 ；制备的磁性纳米线为Fe3O4纳米线、MnFe2O4纳米线、ZnFe2O4纳米线、CoFe2O4 纳米线或NiFe2O4纳米线。本实施方式步骤一所使用的三氯化铁、二氯化铁、氯化锰、氯化锌、氯化钴、 氯化镍、氢氧化钠、氨水、硫代硫酸钠、硼氢化钠和水合胼为市场销售的分析纯化学试 剂。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中配制金属 离子总浓度为0.05 0.45mol/L的金属离子溶液。其它步骤与参数与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤一中配制 金属离子总浓度为0.1 0.3mol/L的金属离子溶液。其它步骤与参数与具体实施方式
一 或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤一中 配制金属离子总浓度为0.2mol/L的金属离子溶液。其它步骤与参数与具体实施方式
一至 三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤一中 配制浓度为1 4mol/L的碱溶液。其它步骤与参数与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤一中 配制浓度为2 3mol/L的碱溶液。其它步骤与参数与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤一中 配制浓度为0.5 1.5mol/L的水溶性还原剂溶液。其它步骤与参数与具体实施方式
一至 六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤一中 配制浓度为lmol/L的水溶性还原剂溶液。其它步骤与参数与具体实施方式
一至七之一相 同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是步骤二中 碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为2 4 1。其它步骤与参数与具体实施方式
一至八之 一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是步骤二中 水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为2 8 1。其它步骤与参数与具体实施方 式一至九之一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一至十之一不同的是步骤二 中水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为4 6 1。其它步骤与参数与具体实施 方式一至十之一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一至十一之一不同的是步骤 二中置于磁场热处理炉中反应4 8h。其它步骤与参数与具体实施方式
一至十一之一相 同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一至十二之一不同的是步骤 二中置于磁场热处理炉中反应6 7h。其它步骤与参数与具体实施方式
一至十二之一相 同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一至十三之一不同的是步骤 二中磁场强度为0.2 0.3T。其它步骤与参数与具体实施方式
一至十三之一相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
一至十四之一不同的是步骤 二中反应温度为140 180°C。其它步骤与参数与具体实施方式
一至十四之一相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
一至十五之一不同的是步骤 二中反应温度为160°C。其它步骤与参数与具体实施方式
一至十五之一相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
一至十六之一不同的是步骤 三中在52 58°C干燥2 8h。其它步骤与参数与具体实施方式
一至十六之一相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
一至十七之一不同的是步骤 三中在55°C干燥4 6h。其它步骤与参数与具体实施方式
一至十七之一相同。
具体实施方式
十九本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步 骤进行一、用蒸馏水、三氯化铁和二氯化铁配制金属离子总浓度为0.2mol/L的金属离 子溶液，其中三氯化铁与二氯化铁的质量比为2 1，将氢氧化钠加入到蒸馏水中配制浓 度为3mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠加入到蒸馏水中配制浓度为0.8mol/L的水溶性还原 剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入 密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应9h，磁场强度为0.2T，反应温度为160°C， 得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤2次， 然后在58°C干燥7h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为 2 1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为6 1。本实施方式制备的磁性纳米线为Fe3O4纳米线，产率为96.9%。
具体实施方式
二十本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步 骤进行一、用蒸馏水、三氯化铁和二氯化铁配制金属离子总浓度为0.08mol/L的金属 离子溶液，其中三氯化铁与二氯化铁的质量比为2 1，将氨水加入到蒸馏水中配制浓度 为1.5mol/L的碱溶液，将硼氢化钠加入到蒸馏水中配制浓度为1.2mol/L的水溶性还原剂 溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密 封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应7h，磁场强度为0.4T，反应温度为200°C，得反 应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在
555°C干燥6h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为4 1，水 溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为5 1。本实施方式制备的磁性纳米线为Fe3O4纳米线，产率为98.5%。
具体实施方式
二十一本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下 步骤进行一、用蒸馏水、三氯化铁和二氯化铁配制金属离子总浓度为0.4mol/L的金属 离子溶液，其中三氯化铁与二氯化铁的质量比为2 1，将氨水加入到蒸馏水中配制浓 度为4mol/L的碱溶液，将水合胼加入到蒸馏水中配制浓度为2mol/L的水溶性还原剂溶 液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封 反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应2h，磁场强度为0.3T，反应温度为160°C，得反应 产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在 55°C干燥4h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为3 1，水 溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为7 1。本实施方式制备的磁性纳米线为Fe3O4纳米线，产率为99.9%。
具体实施方式
二十二 本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下 步骤进行一、用蒸馏水、三氯化铁和氯化锰配制金属离子总浓度为0.2mol/L的金属离 子溶液，其中三氯化铁与氯化锰的质量比为2 1，将氢氧化钠加入到蒸馏水中配制浓度 为5mol/L的碱溶液，将硼氢化钠加入到蒸馏水中配制浓度为lmol/L的水溶性还原剂溶 液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封 反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应10h，磁场强度为0.1T，反应温度为140°C，得反 应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤6次，再用无水乙醇洗涤2次，然后在 53°C干燥10h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为5 1， 水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为2 1。本实施方式制备的磁性纳米线为MnFe2O4纳米线，产率为96.7%。
具体实施方式
二十三本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下 步骤进行一、用蒸馏水、三氯化铁和氯化锌配制金属离子总浓度为0.5mol/L的金属 离子溶液，其中三氯化铁与氯化锌的质量比为2 1，将氨水加入到蒸馏水中配制浓度 为3mol/L的碱溶液，将硼氢化钠加入到蒸馏水中配制浓度为lmol/L的水溶性还原剂溶 液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封 反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应2h，磁场强度为0.4T，反应温度为160°C，得反应 产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤6次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在 56°C干燥8h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为3 1，水 溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为9 1。本实施方式制备的磁性纳米线为ZnFe2O4纳米线，产率为99.3%。
具体实施方式
二十四本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下 步骤进行一、用蒸馏水、三氯化铁和氯化钴配制金属离子总浓度为0.3mol/L的金属 离子溶液，其中三氯化铁与氯化钴的质量比为2 1，将氨水加入到蒸馏水中配制浓度 为lmol/L的碱溶液，将水合胼加入到蒸馏水中配制浓度为0.9mol/L的水溶性还原剂溶 液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封 反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应6h，磁场强度为0.3T，反应温度为190°C，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在 60°C干燥4h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为1 1，水 溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为3 1。本实施方式制备的磁性纳米线为CoFe2O4纳米线，产率为98.4%。
具体实施方式
二十五本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下 步骤进行一、用蒸馏水、三氯化铁和氯化镍配制金属离子总浓度为0.4mol/L的金属离 子溶液，其中三氯化铁与氯化镍的质量比为2 1，将氢氧化钠加入到蒸馏水中配制浓度 为0.6mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠加入到蒸馏水中配制浓度为1.8mol/L的水溶性还原 剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入 密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应5h，磁场强度为0.3T，反应温度为180°C， 得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤1次， 然后在60°C干燥6h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为 5 1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为6 1。本实施方式制备的磁性纳米线为NiFe2O4纳米线，产率为95.6%。
权利要求
1.一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法，其特征在于磁场诱导磁性纳米线的制备方 法，按以下步骤进行一、用蒸馏水、三氯化铁和二价金属氯化物配制金属离子总浓度 为0.01 0.5mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与二价金属氯化物的质量比为2 1， 将氢氧化钠或氨水加入到蒸馏水中配制浓度为0.5 5mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠、 硼氢化钠或水合胼加入到蒸馏水中配制浓度为0.2 2mol/L的水溶性还原剂溶液；二、 将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜， 然后置于磁场热处理炉中反应2 10h，磁场强度为0.1 0.4T，反应温度为120 200得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤4 6次，再用无水乙醇 洗涤1 2次，然后在50 60°C干燥1 10h，即得到磁性纳米线；其中步骤一所述的 二价金属氯化物为二氯化铁、氯化锰、氯化锌、氯化钴、氯化镍中的任意一种；步骤二 中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为1 5 1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩 尔比为1 10 1 ；制备的磁性纳米线为Fe3O4纳米线、MnFe2O4纳米线、ZnFe2O4纳米 线、CoFe2O4纳米线或NiFe2O4纳米线。
2.根据权利要求1所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法，其特征在于步骤一中 配制金属离子总浓度为0.1 0.3mol/L的金属离子溶液。
3.根据权利要求1或2所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法，其特征在于步骤 一中配制浓度为1 4mol/L的碱溶液。
4.根据权利要求3所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法， 配制浓度为0.5 1.5mol/L的水溶性还原剂溶液。
5.根据权利要求4所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法， 碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为2 4 1。
6.根据权利要求5所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法， 水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为2 8 1。
7.根据权利要求6所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法， 置于磁场热处理炉中反应4 8h。
8.根据权利要求7所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法， 磁场强度为0.2 0.3T。
9.根据权利要求8所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法， 反应温度为140 180°C。
10.根据权利要求9所述的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法，其特征在于步骤三 中在52 58°C干燥2 8h。其特征在于步骤一中 其特征在于步骤二中 其特征在于步骤二中 其特征在于步骤二中 其特征在于步骤二中 其特征在于步骤二中
全文摘要
一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法，它涉及一种磁性纳米线的制备方法。本发明解决了现有的Fe3O4纳米线和尖晶石型铁酸盐纳米线的制备方法操作复杂、成本高、纳米线产率低的问题。制备方法一、配制金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液混合，装入反应釜，于磁场热处理炉中反应；三、洗涤、干燥，即得到磁性纳米线。本发明的制备方法操作简单，不污染环境，成本低，制备的磁性纳米线产率为95.6～99.9％。应用于磁性材料领域。
文档编号C01G49/00GK102010015SQ20101050966
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者姜建堂, 孙学银, 徐成彦, 杨丽, 王文寿, 甄良, 邵文柱 申请人:哈尔滨工业大学