一种硅包覆镉掺杂铁基磁性材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种硅包覆镉掺杂铁基磁性材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备磁性四氧化三铁纳米粒子，（2）硅包覆，（3）镉掺杂。 本发明制备的磁性材料，先采硅对铁基纳米磁性材料进行表面包覆，然后使用镉掺杂对材料进行改性，使得该磁性材料具有稳定的结构以及较好的磁性能。
【专利说明】一种硅包覆镉掺杂铁基磁性材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉一种硅包覆镉掺杂铁基磁性材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米级磁性粒子在生物分离、检测及靶向药物输运和磁过热治疗等领域有着广泛的应用前景。单个纳米级磁性粒子的磁响应速度较慢，限制了此类粒子的应用。将多个纳米级磁性粒子包裹到一个大粒子中，通过其粒子数的控制是提高磁响应速度的的有效途径。而且磁性粒子被包覆后可以显著的增加其化学稳定性，降低粒子的表面能以提高粒子的分散性。
[0003]目前，实现复合材料的表面多功能化有两个基本的思路:一是利用复合材料的微观结构调控，通过形成具有不同表面特性及功能的纳米颗粒的二元异质结构来实现；另外一个思路，是在微米尺度的球表面，通过一些物理方法或者化学手段来实现表面的多功能化修饰。现有技术制备水溶性磁性纳米粒子，在纳米粒子表面修饰的主要手段:有机聚合物包覆、配体交换。有机聚合物包覆，容易造成粒子团聚，纳米粒子溶解性不稳定。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种硅包覆镉掺杂铁基磁性材料的制备方法，该方法制备的磁性材料材料具有结构稳定、磁性能优异、抗干扰能力强等特点。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种硅包覆镉掺杂铁基磁性材料的制备方法，该方法包括如下步骤:
(1)制备磁性四氧化三铁纳米粒子
搅拌状态下将FeCl3S解在乙二醇中，得到得到浓度为60-70g/L的溶液，再将草酸钾溶解在上述溶液中，继续搅拌混匀，其中草酸钾的浓度为100-150g/L，将溶液转移至水热反应釜中，150-170°C下反应10-15h，冷却至室温，在磁铁吸附作用下收集黑色Fe304纳米颗粒，再用水和乙醇分别清洗黑色Fe304纳米颗粒，真空干燥备用；
(2)硅包覆
配制浓度为70_80g/L的环戊烧烧溶液，将α - (4_壬基苯基)-ω -轻基-聚(氧化_1，2-联乙烷)表面活性剂，加入环己烷溶液中，表面活性剂与环戊烷的摩尔比为1:10-20，超声溶解；
取上述Fe304纳米颗粒，加入上述具有表面活性剂的环戊烷溶液中，搅拌得到混合液，其中所述磁性纳米粒子与所述具有表面活性剂的环戊烷溶液的质量比为1:15-25 ;
将上述混合液超声分散均匀，置入容器中，加入浓氨水，调节混合溶液的pH值为
7.5-8.0，然后依次加入正硅酸四乙酯，其中正硅酸四乙酯和上述表面官能团修饰的磁性纳米粒子的质量比为1:10-15，常温搅拌6-8h，离心分离，分别用乙醇和水各洗涤3-5次，制得二氧化娃包覆磁性纳米粒子；
(3)镉掺杂将γ-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTS)和Cd(OAc)2按照质量比3-4:1溶解在丙酮中，其中丙酮质量为Cd(OAc)d^ 20-30倍，回流反应l_2h，然后加入二氧化硅包覆磁性纳米粒子，同时将3-5倍体积于丙酮的乙醇和水的混合溶液(乙醇和水的体积比为7:3)也加入其中，超声分散10-15min后，搅拌下加入足量的氨水反应10_20h，然后用永磁铁吸附得到镉掺杂的磁性材料，再依次用乙醇和水清洗4-6次，最后酸洗得到产品。
[0006]本发明制备的磁性材料，先采硅对铁基纳米磁性材料进行表面包覆，然后使用镉掺杂对材料进行改性，使得该磁性材料具有稳定的结构以及较好的磁性能。
【具体实施方式】
[0007]实施例一
搅拌状态下将FeCl3S解在乙二醇中，得到得到浓度为60g/L的溶液，再将草酸钾溶解在上述溶液中，继续搅拌混匀，其中草酸钾的浓度为100g/L，将溶液转移至水热反应釜中，150°C下反应10h，冷却至室温，在磁铁吸附作用下收集黑色Fe304纳米颗粒，再用水和乙醇分别清洗黑色Fe304纳米颗粒，真空干燥备用。
[0008]配制浓度为70g/L的环戊烷烷溶液，将α-(4-壬基苯基)-ω-羟基-聚(氧化-1，2-联乙烷)表面活性剂，加入环己烷溶液中，表面活性剂与环戊烷的摩尔比为1:10，超声溶解；取上述Fe304纳米颗粒，加入上述具有表面活性剂的环戊烷溶液中，搅拌得到混合液，其中所述磁性纳米粒子与所述具有表面活性剂的环戊烷溶液的质量比为1:15。
[0009]将上述混合液超声分散均匀，置入容器中，加入浓氨水，调节混合溶液的pH值为
7.5，然后依次加入正硅酸四乙酯，其中正硅酸四乙酯和上述表面官能团修饰的磁性纳米粒子的质量比为1:10，常温搅拌6-8h，离心分离，分别用乙醇和水各洗涤3次，制得二氧化硅包覆磁性纳米粒子。
[0010]将γ-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTS)和Cd(0Ac)2按照质量比3:1溶解在丙酮中，其中丙酮质量为Cd(0Ac)d^ 20倍，回流反应lh，然后加入二氧化硅包覆磁性纳米粒子，同时将3倍体积于丙酮的乙醇和水的混合溶液(乙醇和水的体积比为7:3)也加入其中，超声分散lOmin后，搅拌下加入足量的氨水反应10h，然后用永磁铁吸附得到镉掺杂的磁性材料，再依次用乙醇和水清洗4次，最后酸洗得到产品。
[0011]实施例二
搅拌状态下将FeCl3S解在乙二醇中，得到得到浓度为70g/L的溶液，再将草酸钾溶解在上述溶液中，继续搅拌混匀，其中草酸钾的浓度为150g/L，将溶液转移至水热反应釜中，170°C下反应10h，冷却至室温，在磁铁吸附作用下收集黑色Fe304纳米颗粒，再用水和乙醇分别清洗黑色Fe304纳米颗粒，真空干燥备用。
[0012]配制浓度为70_80g/L的环戊烷烷溶液，将α-(4_壬基苯基)-ω-羟基-聚(氧化-1，2-联乙烷)表面活性剂，加入环己烷溶液中，表面活性剂与环戊烷的摩尔比为1:_20，超声溶解；取上述Fe304纳米颗粒，加入上述具有表面活性剂的环戊烷溶液中，搅拌得到混合液，其中所述磁性纳米粒子与所述具有表面活性剂的环戊烷溶液的质量比为1:25。
[0013]将上述混合液超声分散均匀，置入容器中，加入浓氨水，调节混合溶液的pH值为
8.0，然后依次加入正硅酸四乙酯，其中正硅酸四乙酯和上述表面官能团修饰的磁性纳米粒子的质量比为1: 15，常温搅拌6-8h，离心分离，分别用乙醇和水各洗涤3-5次，制得二氧化娃包覆磁性纳米粒子。
[0014]将γ-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTS)和Cd(OAc)2按照质量比4:1溶解在丙酮中，其中丙酮质量为Cd(OAc)d^ 30倍，回流反应2h，然后加入二氧化硅包覆磁性纳米粒子，同时将5倍体积于丙酮的乙醇和水的混合溶液(乙醇和水的体积比为7:3)也加入其中，超声分散15min后，搅拌下加入足量的氨水反应20h，然后用永磁铁吸附得到镉掺杂的磁性材料，再依次用乙醇和水清洗6次，最后酸洗得到产品。
[0015]比较例
取100ml共沉淀合成方法制备得到Fe304纳米粒子水相悬浮液加入反应器中，搅拌并通氮气后，加入10ml 1%的柠檬酸水溶液，并在70°C温度下反应10分钟，结束反应冷却至室温，磁性分离，洗涤后，重新分散在超纯水中，作为磁性纳米粒子储备液；取0.0017g柠檬酸钠溶解于33.20ml水中，形成还原剂水溶液，并调解其pH值至9。将2.015ml浓度为6.2mg/ml的磁性纳米粒子与4ml的柠檬酸钠溶液混合，并利用超声分散均匀，待柠檬酸钠溶液加热至沸腾时将磁性纳米粒子与柠檬酸钠混合溶液加入反应器中；当溶液再次沸腾时加入
2.7ml质量分数1%氯金酸溶液，反应5小时。反应结束，停止加热，自然冷却至室温，停止搅拌；磁性分离，除去上清后，用超纯水反复洗涤至中性，得到金磁微粒。
[0016]对实施例1-2及比较例的磁性材料进行磁性能测试。测试结果显示:实施例1-2得到的磁性材料的的饱和磁场比比较例提高了 4.3-5.8emu/g以上，在酸性环境中的使用寿命提高40%以上。
【权利要求】
1.一种硅包覆镉掺杂铁基磁性材料的制备方法，该方法包括如下步骤: (1)制备磁性四氧化三铁纳米粒子 搅拌状态下将FeCl3S解在乙二醇中，得到得到浓度为60-70g/L的溶液，再将草酸钾溶解在上述溶液中，继续搅拌混匀，其中草酸钾的浓度为100-150g/L，将溶液转移至水热反应釜中，150-170°C下反应10-15h，冷却至室温，在磁铁吸附作用下收集黑色Fe3O4纳米颗粒，再用水和乙醇分别清洗黑色Fe3O4纳米颗粒，真空干燥备用； (2)硅包覆 配制浓度为70_80g/L的环戊烧烧溶液，将α - (4_壬基苯基)-ω -轻基-聚(氧化_1，2-联乙烷)表面活性剂，加入环己烷溶液中，表面活性剂与环戊烷的摩尔比为1:10-20，超声溶解； 取上述Fe3O4纳米颗粒，加入上述具有表面活性剂的环戊烷溶液中，搅拌得到混合液，其中所述磁性纳米粒子与所述具有表面活性剂的环戊烷溶液的质量比为1:15-25 ; 将上述混合液超声分散均匀，置入容器中，加入浓氨水，调节混合溶液的PH值为.7.5-8.0，然后依次加入正硅酸四乙酯，其中正硅酸四乙酯和上述表面官能团修饰的磁性纳米粒子的质量比为1: 10-15，常温搅拌6-8h，离心分离，分别用乙醇和水各洗涤3-5次，制得二氧化娃包覆磁性纳米粒子； (3)镉掺杂 将γ-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTS)和Cd(OAc)2按照质量比3-4:1溶解在丙酮中，其中丙酮质量为Cd(OAc)J^ 20-30倍，回流反应l_2h，然后加入二氧化硅包覆磁性纳米粒子，同时将3-5倍体积于丙酮的乙醇和水的混合溶液(乙醇和水的体积比为7:3)也加入其中，超声分散10-15min后，搅拌下加入足量的氨水反应10_20h，然后用永磁铁吸附得到镉掺杂的磁性材料，再依次用乙醇和水清洗4-6次，最后酸洗得到产品。
【文档编号】C01G49/08GK104495951SQ201510000359
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月1日 优先权日:2015年1月1日
【发明者】王中克 申请人:王中克