一种可调形态的磁性纳米微晶的制备方法
【专利摘要】一种可调形态的磁性纳米微晶的制备方法，包括以下步骤：第一步，水铁矿前驱体的制备：在Fe(NO3)3水溶液中，通过加入CuO增强水解反应，制备水铁矿（Fe5O7OH·4H2O）前驱体。第二步，磁性纳米微晶的制备：将前驱体经FeCl2与NaOH混合水溶液加热处理，生成磁赤铁矿（）纳米微晶。该方法工艺条件温和、原材料成本低，通过控制合成条件，制备形成的磁性纳米微晶可为球、杆和片不同形态。
【专利说明】—种可调形态的磁性纳米微晶的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种磁性纳米微晶的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米微晶为几何尺寸至少有一维在1-1OOnm的微小晶粒，是一种典型的纳米材料。纳米微晶按维数可分为三类:(1)零维，指在空间三维尺度一致、且均在纳米尺度的微晶，如球形纳米微晶；(2)—维，指在空间有两维处于纳米尺度、而另一维较大的微晶，如丝、杆、棒等纳米微晶；(3) 二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度、而另两维较大的微晶，如片状纳米微晶。纳米微晶有不同于常规块体材料的化学、物理等性质，已应用于催化、电子学、信息储存等【技术领域】。材料的制备方法在科学技术中具有基础性的地位，尤其在纳米材料的研究中，新的制备方法的发展是其中的重要内容。
[0003]水铁矿(Fe5O7OH.4H20)是一种广泛存在于自然界的物质之一，呈反铁磁性。已有文献报道，在一定条件下，水铁矿可转变为赤铁矿(C1-Fe2O3，也是一种反铁磁物质)。目前由水铁矿作为前驱体制取强磁性纳米微晶的方法还未见报道。
【发明内容】
[0004]本发明提出了由水铁矿(Fe5O7OH.4Η20)前驱体制备强磁性的纳米微晶的方法。该方法工艺条件温和、原材料成本低，通过控制合成条件，制备形成的磁性纳米微晶可为球、杆和片不同形态。
[0005]本发明的制备方法具体如下:
[0006]其中包括制备水铁矿如驱体和磁赤铁矿纳米微晶两个步骤:
[0007]第一步:水铁矿前驱体的制备
[0008]在Fe (NO3) 3水溶液中，通过加入CuO增强水解反应，制备水铁矿(Fe5O7OH.4Η20)前驱体。
[0009]1、配置0.1-0.5Μ浓度的Fe (NO3) 3水溶液(溶液I)；
[0010]2、在搅拌下将Fe (NO3) 3水溶液加热至沸腾；
[0011]3、加入0.02-0.06mol的CuO粉末至沸腾的Fe (NO3) 3溶液中；
[0012]4、继续沸腾5-40分钟，然后停止加热，自然冷却到室温，逐渐有前驱体沉淀物出现。两小时后，沉淀过程完成；
[0013]5、用丙酮进行清洗；
[0014]6、转入真空干燥器中干燥。12小时后可得到水铁矿前驱体。
[0015]第二步:磁性纳米微晶的制备
[0016]将第一步制取的水铁矿前驱体通过不同浓度的FeCl2与NaOH水溶液进行处理，可得到不同形态的磁性纳米微晶。
[0017]1、配置浓度在4M以内的FeCl2溶液(溶液2)，浓度在IM以内的NaOH溶液(溶液3)；[0018]2、根据溶液2和溶液3的比例为0.8:5取溶液2和溶液3。将水铁矿前驱体与溶液2混合得到溶液2 '。将溶液3倒入溶液2 '中，充分搅拌后得到溶液4 ；
[0019]3、在搅拌下加热溶液4至沸腾，保持沸腾10-40分钟，然后停止加热，冷却至室温。纳米微晶逐渐沉淀析出；
[0020]4、用丙酮进行清洗；
[0021]5、转入真空干燥器中干燥，12小时后可得到干燥的磁赤铁矿纳米微晶。
[0022]实验表明:由不同的FeCl2与NaOH比例的处理溶液制成的磁赤铁矿纳米微晶具有不同的形态。反铁磁的水铁矿经FeCl2与NaOH混合液处理可形成亚铁磁的磁赤铁矿。
[0023]采用本方法采用水铁矿(Fe5O7OH.4H20)前驱体经化学处理可制备球状、杆状或片状等不同形态的磁性纳米微晶。该方法原材料成本低、制备过程易于控制、耗能少、废弃液体易于回收。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本法例I制备的磁性纳米微晶的透射电子显微镜像；
[0025]图2是本法例I制备的磁性纳米微晶的磁化曲线；
[0026]图3是本法例2制备的磁性纳米微晶的透射电子显微镜像；
[0027]图4是本法例2制备的磁性纳米微晶的磁化曲线；
[0028]图5是本法例3制备的磁性纳米微晶的透射电子显微镜像；
[0029]图6是本法例3制备的磁性纳米微晶的磁化曲线。
【具体实施方式】:
[0030]实施例1
[0031]一、前驱体制备
[0032](I)配置 Fe(NO3)3 水溶液(0.25M，400mL)，即溶液 1.[0033](2)在搅拌下将溶液I加热至沸腾；
[0034](3)加入0.05mol的CuO粉末至沸腾的溶液I中；
[0035](4)保持沸腾30分钟。停止加热，自然冷却至室温。两小时后沉淀析出过程结束；
[0036](5)倒掉沉淀析出后的上部清液，用丙酮进行清洗:取体积为沉淀物5倍的丙酮与其混合，充分搅拌后再进行离心分离。此步骤重复三次；
[0037](6)将清洗后的沉淀物转入真空干燥器中。12小时后可得到水铁矿前躯体。
[0038]二、纳米微晶的制备
[0039](I)配置 FeCl2 水溶液(0.75M，80mL)，即溶液 2 ;NaOH 水溶液(0.2M, 500mL),即溶液3 ；
[0040](2)将第一步制取的前驱体倒入溶液2中混合得到溶液2 '。将溶液3倒入溶液2'中，搅拌混合得到溶液4;
[0041](3)在搅拌下加热溶液4至沸腾。保持沸腾30分钟。停止加热，冷却至室温。2小时后，沉淀过程结束。
[0042](4)倒掉沉淀析出后的上部清液，用体积为沉淀物5倍的丙酮与其混合。充分搅拌后进行离心分离。此步骤重复三次；[0043](5)将清洗后的沉淀物转入真空干燥器中。12小时后得到干燥无水的磁赤铁矿纳米微晶。
[0044]实施例1合成的纳米微晶形态如图1所示。其比磁化曲线如图2所示；
[0045]实施例2
[0046]一、前驱体制备
[0047](1)配置？6(吣3)3水溶液(0.25厘，400!^)，即溶液1 ；
[0048](2)在搅拌下将溶液I加热至沸腾；
[0049](3)加入0.05mol的CuO粉末至沸腾的溶液I中；
[0050](4)保持沸腾30分钟。停止加热，自然冷却至室温。两小时后沉淀析出过程结束；
[0051](5)倒掉沉淀析出后的上部清液，用丙酮进行清洗:取体积为沉淀物5倍的丙酮与其混合，充分搅拌后再进行离心分离。此步骤重复三次；
[0052](6)将清洗后的沉淀物转入真空干燥器中。12小时后可得到水铁矿前躯体。
[0053]二、纳米微晶的制备
[0054](1)配置？6(:12水溶液(3厘，80!1^)，即溶液2 ;NaOH 水溶液(0.2M，500mL)，即溶液 3 ；
[0055](2) —(5)与实施例1同。
[0056]实施例2合成的纳 米微晶形态如图3所示。其比磁化曲线如图4所示；
[0057]实施例3
[0058]一、前驱体制备
[0059]如实施例1
[0060]二、纳米微晶的制备
[0061](1)配置？冗12水溶液(0.7511，801^)，即溶液 2 ;NaOH 水溶液(0.3M，500mL)，即溶液3 ;
[0062](2) —(5)与实施例1同。
[0063]实施例3合成的纳米微晶形态如图5所示。其比磁化曲线如图6所示；
[0064]实施例4
[0065]一、前驱体制备
[0066](I)配置 Fe(NO3)3 水溶液(0.1M，400mL)，即溶液 I ；
[0067](2)在搅拌条件下将溶液I加热至沸腾；
[0068](3)加入0.02mol的CuO粉末至沸腾的溶液I中；
[0069](4) 一(6)与实施例1同。
[0070]二、纳米微晶的制备
[0071]与实施例1相同。
[0072]实施例5
[0073]一、前驱体制备
[0074](1)配置？6(吣3)3水溶液(0.5皿，400!^)，即溶液1 ；
[0075](2)在搅拌条件下将溶液I加热至沸腾；
[0076](3)加入0.06mol的CuO粉末至沸腾的溶液I中；
[0077](4) 一(6)与实施例1同。
[0078]二、纳米微晶的制备[0079] 与实施例2相同。
【权利要求】
1.可调形态的磁性纳米微晶的制备方法，包括以下步骤: 第一步:水铁矿前驱体的制备 在Fe (NO3) 3水溶液中，通过加入CuO增强水解反应，制备水铁矿(Fe5O7OH.4H20)前驱体； 第二步:磁性纳米微晶的制备 将前驱体经FeCl2与NaOH混合水溶液加热处理，生成磁赤铁矿(Y -Fe2O3)纳米微晶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，所述第一步的具体步骤包括: (1)配置0.1-0.5M浓度的Fe (NO3) 3水溶液，即溶液I ； (2 )在搅拌下将Fe (NO3) 3水溶液加热至沸腾； (3)加入0.02-0.06mol的CuO粉末至沸腾的Fe (NO3) 3溶液中；继续沸腾5_40分钟，然后停止加热，自然冷却到室温，直至完成沉淀； (4)用丙酮进行清洗； (5)转入真空干燥器中干燥，12小时后可得到水铁矿前驱体。
3.根据权利要求1所述的制备方法，所述第二步的具体步骤包括: (O配置浓度在4M以内的FeCl2溶液，即溶液2，浓度在IM以内的NaOH溶液，即溶液 3 ； (2)根据溶液2和溶液3的比例为0.8:5取溶液2和溶液3，将水铁矿前驱体与溶液2混合得到溶液2 '，将溶液3倒入溶液2 '中，充分搅拌后得到溶液4 ； (3)在搅拌下加热溶液4至沸腾，保持沸腾10-40分钟，然后停止加热，冷却至室温，纳米微晶逐渐沉淀析出； (4)用丙酮进行清洗； (5)转入真空干燥器中干燥，12小时后可得到干燥的磁赤铁矿纳米微晶。
4.根据权利要求1所述的制备方法获得的是球状、杆状或片状不同形态的磁性纳米微晶。
【文档编号】C01G49/06GK103466716SQ201310230558
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年6月9日 优先权日:2013年6月9日
【发明者】李建, 龚小敏 申请人:西南大学