一种磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法与流程

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，尤其是涉及一种磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法。

背景技术

磁性纳米颗粒是当今世界材料领域的研究热点之一，是具有广泛应用前景的一类功能材料。磁性纳米颗粒是最早被应用的磁性纳米材料，被广泛应用于磁记录材料、磁流体的制备以及磁粉芯包覆材料等领域。磁粉芯的特征为在铁磁性颗粒表面包覆一层绝缘层介质，以增大电阻率，降低涡流损耗，提高转化效率。常见的包覆材料有有机物(如树脂)，无机物(陶瓷)等，然而，由于非磁性颗粒的引入，降低铁磁性物质的百分含量，因此饱和磁感应强度和磁导率相应减少，因此，作为磁性优良的纳米四氧化三铁颗粒，因具有制备简单，比表面积较大，磁各向异性等特点，而被尝试应用于磁粉芯的包覆材料中。纳米磁性颗粒的制备方法主要有溶胶-凝胶法、热解法、微乳液法、溶剂热法、化学共沉淀法等。

如需在磁粉芯中得到应用，则要求所制备的四氧化三铁纳米颗粒具有颗粒度细小且均匀及合分散性良好，上述方法制备出来的颗粒一般来说易团聚，颗粒度大，还要进一步进行分散才能使用，因此需要对以上方法进行改进。

随着合成和检测技术的发展，对磁性纳米颗粒的尺寸和形貌控制日趋完善。但对于较小尺寸并且分散性均匀的颗粒的合成仍然是一个挑战。现有的共沉淀法制备均一尺寸的磁性颗粒相对较为成熟，但存在实验操作复杂，设备需加热等装置，颗粒分散性较差和能耗大等不足，从而限制了其进一步的推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法。

本发明科学设计了整体制备步骤和关键的工艺条件，先采用超声波震荡与共沉淀法结合的方式合成颗粒粒径较小的磁性四氧化三铁纳米颗粒，然后用柠檬酸钠进行表面修饰，将四氧化三铁纳米颗粒分散，最后制得平均粒径为13nm左右的分散性良好的四氧化三铁纳米颗粒，为四氧化三铁的磁性纳米颗粒在磁粉芯制备领域提供有力的技术基础。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)称取fecl3·6h2o和fecl2·4h2o固体，加入蒸馏水溶解，搅拌得到澄清溶液；

(2)恒定温度下，向步骤(1)中得到的澄清溶液中逐滴加入氨水，超声搅拌下反应，反应完成后，滴加柠檬酸钠溶液；

(3)反应结束后，将液体置于吸铁石正上方静置，取上层液体洗涤干燥，得到磁性四氧化三铁纳米颗粒。

作为上述方案的优选，步骤(1)中：fecl3·6h2o和fecl2·4h2o固体的摩尔比为2:1。

作为上述方案的优选，步骤(1)中：蒸馏水的添加量与fecl3·6h2o固体的比例为(50ml):(0.002mol)。

作为上述方案的优选，步骤(2)中：氨水与蒸馏水的体积比为1:25。

作为上述方案的优选，步骤(2)中反应的工艺条件为：恒定温度25℃，反应时间1-2h。

作为上述方案的优选，步骤(2)中：所述柠檬酸钠溶液浓度为0.02mol/l，柠檬酸钠溶液的添加量与fecl2·4h2o的比例为0.1-0.2ml:0.001mol，添加柠檬酸钠对磁性四氧化三铁纳米颗粒进行表面修饰，防止团聚。

作为上述方案的优选，步骤(2)中：在超声和搅拌的共同作用下反应，能够加快反应速率，震碎生成物，细化颗粒

作为上述方案的优选，步骤(3)中：静置时间为30min。

作为上述方案的优选，步骤(3)中洗涤的操作为：首先采用丙酮清洗4遍，然后加入分析纯乙醇清洗，再加入去离子水清洗。

作为上述方案的优选，步骤(3)中干燥的工艺条件为：采用真空干燥，温度为60℃，时间为48h，低温、长时间烘干处理，能够得到颗粒较小，分散性良好的四氧化三铁纳米颗粒。

与现有技术相比，本发明基于共沉淀原理，巧妙地使用了超声波震荡分散和共沉淀法制备了颗粒粒径较小的磁性四氧化三铁纳米颗粒，并借助柠檬酸钠的表面修饰使得磁性四氧化三铁纳米颗粒分散性更好。本发明实验设备简单，操作方便，成本低，能耗低，所制备的纳米fe3o4磁性颗粒的分散性良好，性能稳定，能很好作为磁粉芯的包覆材料，可广泛应用于机械、电子、光学、磁学、化工和生物学等领域。

附图说明

图1本发明制备的磁性四氧化三铁纳米颗粒的磁响应检测图；

图2本发明制备的磁性四氧化三铁纳米颗粒的xrd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说明。

实施例1

分别称量0.002mol的fecl3·6h2o固体颗粒和0.001mol的fecl2·4h2o固体，置于烧杯中，加入50ml的蒸馏水，用玻璃棒搅拌成澄清溶液；在恒定温度25℃下，向溶液中逐滴加入2ml的nh3·h2o，在超声和搅拌共同作用下反应1h，反应结束后滴加0.02mol/l的柠檬酸钠溶液0.1ml进行表面修饰；充分反应后，液体置于吸铁石正上方，静置30min，取出上层液体，然后经洗涤处理后，得到分散均匀的磁性四氧化三铁纳米颗粒，然后将其转移至真空烘箱中，60℃低温烘干48h，得到颗粒较小，分散性良好的磁性四氧化三铁纳米颗粒。

将制备得到的磁性fe3o4纳米颗粒样品拍照，图1所示为本发明的磁性fe3o4纳米颗粒进行磁响应检测图，从图上看出合成了磁响应良好的四氧化三铁纳米颗粒。图2是制备得到的磁性四氧化三铁纳米颗粒的xrd图，从所得衍射谱图几乎与标准图谱一致，颗粒的衍射峰也比较尖锐，这表明制备出颗粒为fe3o4颗粒且结晶度较好，纯度较高，且根据谢乐公式计算可得所制备的磁性四氧化三铁纳米颗粒平均粒径约为13nm，颗粒粒径较小。本发明制备得到的分散性良好的四氧化三铁纳米颗粒性能稳定，无团聚现象，在水介质中具有良好的分散能力。

实施例2

分别称量0.004mol的fecl3·6h2o固体颗粒和0.002mol的fecl2·4h2o固体，置于烧杯中，加入100ml的蒸馏水，用玻璃棒搅拌成澄清溶液；在恒定温度25℃下，向溶液中逐滴加入4ml的nh3·h2o，在超声和搅拌共同作用下反应2h，反应结束后滴加0.02mol/l的柠檬酸钠溶液0.4ml进行表面修饰；充分反应后，液体置于吸铁石正上方，静置30min，取出上层液体，然后经洗涤处理后，得到分散均匀的磁性四氧化三铁纳米颗粒，然后将其转移至真空烘箱中，60℃低温烘干48h，得到颗粒较小，分散性良好的磁性四氧化三铁纳米颗粒。

实施例3

分别称量0.002mol的fecl3·6h2o固体颗粒和0.001mol的fecl2·4h2o固体，置于烧杯中，加入50ml的蒸馏水，用玻璃棒搅拌成澄清溶液；在恒定温度25℃下，向溶液中逐滴加入2ml的nh3·h2o，在超声和搅拌共同作用下反应1.5h，反应结束后滴加0.02mol/l的柠檬酸钠溶液0.15ml进行表面修饰；充分反应后，液体置于吸铁石正上方，静置30min，取出上层液体，然后经洗涤处理后，得到分散均匀的磁性四氧化三铁纳米颗粒，然后将其转移至真空烘箱中，60℃低温烘干48h，得到颗粒较小，分散性良好的磁性四氧化三铁纳米颗粒。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。