专利名称：一种磁性纳米物质及其制备方法
技术领域：
本发明属于磁性材料及纳米材料领域，具体涉及一种具有在有机溶剂当中均匀分
散的纳米磁性物质及其制备方法。
背景技术：
在目前的磁性物质领域，制备方法多采用共沉淀法，但是这种方法制备的磁性物 质结晶性差，粒径分布不均且主要集中在大粒径范围。而粒径大的磁性粒子具有偶极矩，使 磁性纳米粒子的应用受到很大制约。磁性粒子要想具有超顺磁性，其粒径必须足够小，达 到10nm级别。小粒径的超顺磁性如果应用到生物领域是极具吸引力的，因为借助于这种性 质，磁性物质很难在生物体内聚集成块，同时它们在空气中稳定，在生物体内可以通过新陈 代谢自然排出。为了获得具有这种性质的磁性物，急需一种更好的制备手段，热降解法也就 应运而生了。 热降解法被用来制备有机金属化合物首先是应用于硒化镉上，随着技术的发展， 逐渐用于制备磁性金属粒子和金属氧化物粒子。这种方法相对于传统方法来说，具有很好 的尺寸控制性、较窄的尺寸分布以及非常好的结晶性。在尺寸大小方面，传统的共沉淀法正 态分布标准差在0. 2-0. 4之间，而热降解法只有0. 1-0. 15左右。由于这种方法制备简单且 重复性好，粒子大小均一、结晶性高、因此被广泛的采用。 热降解法主要是依靠高温加热使有机金属化合物分解从而制得磁性粒子。在反应 过程中，通常是在高温下使用高沸点的有机溶剂作为配体，主要包括一些长链的表面活性 剂，诸如油酸、烷基胺等物质。这些有机物吸附在粒子表面，不仅可以增强产物的稳定性，而 且对反应还具有促进作用。通过铁盐制备得到的五羰基铁、乙酰丙酮铁和油酸铁等化合物 已经可以作为热降解反应的前驱体，即反应物。磁性物质的尺寸、形状和粒径分布等特征均 随着前驱体的不同而有所差异。制备具有单分散性的晶体粒子主要分为两个步骤，即成核 阶段和生长阶段。成核阶段是指在反应溶液中，金属离子的浓度随着降解的进行而不断升 高，当浓度增大到超过其过饱和浓度时，均一的成核反应将会开始进行。随后到达晶体表面 的溶质长入晶面，使晶体增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性纳米物质及其制备方法，通过热降解法制备出一 种粒径小且均匀的磁性物质Fe304，具有优异的超顺磁性，同时还可以均匀分散在有机溶剂 中。 为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是 —种磁性纳米物质，其是一种表面被有机配体长链胺包覆的纳米磁性物质，该物 质的粒径很小，小于10nm，可以在有机溶剂如甲苯、正己烷中均匀分散，具有非常好的油溶 性。因外面包覆有机配体，易于保存，性能稳定，不易被氧化。
所述的长链胺为十八胺、十二胺；所述纳米磁性物质为Fe304。
—种磁性纳米物质的制备方法，以长链胺为表面活性剂、高沸点的有机物为溶剂， 对含碳的铁盐进行高温降解反应得到该磁性纳米物质Fe304， Fe304与表面活性剂，例如十二 胺，通过电子对的结合从而生成带有有机配体的Fe304磁性物。生成的纳米磁性物质的粒径
低于20mm。
进一步，其包括以下步骤1)含碳铁盐与长链胺以1 : 2的摩尔比混合，溶剂完全溶解含碳铁盐及长链胺；2)对步骤1)中混合溶解的物质加热并通入氮气搅拌；3)保持温度稳定，产物加热至呈黑色；4)产物用热的丙酮溶解并置于离心机中离心，得到最终产物纳米磁性物质。所述含碳铁盐为硬脂酸铁、硬脂酸亚铁、油酸铁、五羰基铁；所述长链胺为十八胺、
十二胺;所述溶剂为十八碳烯。所述步骤2)中对混合溶解物质加热采用沙浴。所述温度保持在330-350°C 。所述丙酮溶剂温度控制在45-50°C 。前述磁性纳米物质被胶囊包覆，用于药物输送。前述磁性纳米物质应用于磁流体、磁共振成像、传感器以及数据存储。本发明首次采用硬脂酸亚铁在高温下降解来制得产物，通过调节表面活性剂十二
胺及溶剂十八碳烯的用量可以获得不同粒径的纳米粒子，实现控制反应结果的目的。 本发明所述的磁性物质以下述方法合成硬脂酸亚铁与表面活性剂十二胺按照 1 : 2的摩尔比添加，随后与一定量的高温溶剂十八碳烯在三颈瓶中混合均匀，十八碳烯 的用量以能够完全溶解反应物即可。埋入沙浴中加热，通入氮气同时不断搅拌，当温度升 到33(TC时，保持温度稳定，持续加热30分钟，当产物变为黑色时，取出，随后用热的丙酮溶 解，由于丙酮的沸点是55t:，因此热丙酮的温度控制在45-5(rC左右。产物用丙酮溶解后再 置于离心机中离心，以去除十八碳烯以及游离的十二胺，将产物干燥从而获得终产物。
由于采用了上述方案，本发明具有以下特点本发明的合成步骤简单，分离提纯方 便，易于实现工业化。该磁性物质稳定性较高，不易氧化，无毒副作用，可被多种胶囊包覆而 用于生物体内(如生物医用材料)，基于其较好的磁性，因此可在外加磁场的作用下定向到 达靶位，具有定向运输的功能，且可以在新陈代谢的作用下可排出体外。也可以应用于诸如 磁流体、磁共振成像、传感器以及数据存储等领域。
图1为本发明制备纳米磁性物质的具体反应流程图。
图2为附有有机配体的Fe304的结构图。
具体实施例方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1 2.5克硬脂酸亚铁，1.5克十二胺，即硬脂酸亚铁与十二胺的摩尔比为1 : 2，多次 实验发现此配比的效果最好。10ml十八碳烯混合后置于三颈瓶中，在加热的同时不断向其中通入氮气并搅拌，当温度升到33(TC时，保持温度恒定，持续加热30min，当产物颜色由红 变黑时取出，随后用热的丙酮将产物溶解，置于离心机中离心(lOOOOr/min)，去除杂质，杂 质主要是未反应的原料及游离的十二胺。最后得到的产物为纯黑色，磁性强，可均匀分散在 有机溶剂甲苯中，其粒径为10nm左右。 将干燥后的产物使用磁强计测量，其磁化强度可以达到30emu/g。
实施例2 同实施例l，但溶剂十八碳烯的用量增加一倍，达到20ml。同等反应条件下制备得 到的产物在透射电镜下可以看到其粒径更为均匀且晶体轮廓清晰，磁化强度达到40emu/g。 这是因为在较多溶剂存在的情况下，尽管其结晶速率降低，但是因为硬脂酸亚铁在溶剂中 分散的更加均匀，有更加充分的空间进行单个粒子的结晶，所有晶形更加完整，磁性能也就 更高。其粒径与实施例l无明显区别，只是轮廓更加的清晰，结晶效果更好，从而磁性也更 强。 实施例3 同实施例l，表面活性剂十二胺的用量增加一倍，为3. 0克，同等条件制备的产物 经过检测发现晶形不够完整，粒径非常小但是磁化强度也较低。在产物干燥后可以看到黑 色的产物极易变为黑褐色，这说明发生了氧化反应，Fe^4转变为？6203，同时析出较多的白 色十二胺。这是因为在表面活性剂过量的情况下，磁性物质尚未结晶完全其表面就吸附上 了十二胺配体，从而阻止了离子在磁性物晶体表面吸附，造成产物结晶性差。该反应制备的 产物粒径为8nm左右，轮廓比较模糊，结晶性与例1与例2相比较差。 本发明的磁性物质的粒径可以通过控制反应物的用量及反应时间等条件进行调 控，实验发现在其它条件不变的情况下，十二胺的用量增加产物的粒径更小，当延长反应的 时间时，产物的粒径会有稍许的增大，但不超过10nm。 总的来说，本发明制得的磁性纳米物质粒径小且磁性较强，有非常好的超顺磁性， 基于其外表附有长链胺配体，因此可在有机溶剂当中分散。且该磁性物质可被多种胶囊包 覆用于生物体内(如生物医用材料)，基于其较好的磁性，因此可在外加磁场的作用下定向 到达靶位，具有定向运输的功能。 本发明应用于产业上时需注意以下两点问题一是反应过程中温度以及N2的通 入速度一定要控制好，因为反应温度在35(TC左右，该温度已经超过了溶剂十八碳烯的沸 点，因此要注意通入N2的速度，避免溶剂过快的挥发掉，导致生产失败。二是要注意反应物 一定要搅拌均匀并受热均匀，否则易发生反应不完全从而导致产物不纯。
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应用本发 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，本发明不限于这里的实施 例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
权利要求
一种磁性纳米物质，其特征在于其是一种表面被有机配体长链胺包覆的纳米磁性物质。
2. 如权利要求1所述的磁性纳米物质，其特征在于所述的长链胺为十八胺、十二胺； 所述纳米磁性物质为Fe3(V
3. 如权利要求1所述的磁性纳米物质的制备方法，其特征在于以长链胺为表面活性 剂、高沸点的有机物为溶剂，对含碳的铁盐进行高温降解反应得到该磁性纳米物质。
4. 如权利要求3所述的磁性纳米物质的制备方法，其特征在于其包括以下步骤1) 含碳铁盐与长链胺以1 : 2的摩尔比混合，溶剂完全溶解含碳铁盐及长链胺；2) 对步骤1)中混合溶解的物质加热并通入氮气搅拌； 3) 保持温度稳定，产物加热至呈黑色；4) 产物用热的丙酮溶解并置于离心机中离心，得到最终产物纳米磁性物质。
5. 如权利要求3或4所述的磁性纳米物质的制备方法，其特征在于所述含碳铁盐为 硬脂酸铁、硬脂酸亚铁、油酸铁、五羰基铁；所述长链胺为十八胺、十二胺；所述溶剂为十八 碳烯。
6. 如权利要求4所述的磁性纳米物质的制备方法，其特征在于所述步骤2)中对混合 溶解物质加热采用沙浴。
7. 如权利要求4所述的磁性纳米物质的制备方法，其特征在于所述温度保持在330-350°C。
8. 如权利要求4所述的磁性纳米物质的制备方法，其特征在于所述丙酮溶剂温度控制在45-50°C。
9. 如权利要求1所述的磁性纳米物质被胶囊包覆，用于药物输送。
10. 如权利要求1所述的磁性纳米物质应用于磁流体、磁共振成像、传感器以及数据存储。
全文摘要
一种磁性纳米物质及其制备方法，该磁性纳米物质表面包覆有有机配体长链胺，其以长链胺为表面活性剂、高沸点的有机物为溶剂，对含碳的铁盐进行高温降解反应制得该磁性纳米物质。该磁性物质稳定性较高，不易氧化，无毒副作用，可被多种胶囊包覆而用于生物体内(如生物医用材料)，基于其较好的磁性，因此可在外加磁场的作用下定向到达靶位，具有定向运输的功能，且可以在新陈代谢的作用下可排出体外。也可以应用于诸如磁流体、磁共振成像、传感器以及数据存储等领域。
文档编号B82B3/00GK101710514SQ200910201399
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者万德成, 岳兴国, 朱绘美, 王晓明 申请人:同济大学