纳米氧化铁材料的制备
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2009 年10 月01 日
摘要纳米氧化铁的制备方法有沉淀法、固液气相法、水热法、凝胶—溶胶法、共混包埋法、单体聚合法等.。本文通过分析比较各种纳米氧化铁的制备方法, 水热法由于操作简单、粒子可控等优点广泛应用于自分散氧化物的制备研究中。
关键词水热法，沉淀法，固液气相法，比较
前言
定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和对紫外线的屏蔽性，在精细陶瓷、塑料制品、涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景，因此研究纳米氧化铁有着很重要的意义。由于纳米氧化铁具有如此多的优点及其广泛的应用前景，近年来国内外研究者对其制备和应用投入了大量的研究工作。本文综述了纳米氧化铁制备方法的一些研究进展，分析了当前急需解决的问题，并对今后发展做了展望。重点介绍了水热法制备纳米氧化铁材料，以及在铁离子浓度、PH值、水解时间分别不同的情况下的水解程度。【1】
文献综述
国内外研究现状：
我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，科院上海硅酸盐研究所、南京大学、科院固体物理所、科院金属所、物理所、国科技大学、清华大学和科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的坚力量。【2】
近年来美国纳米技术研究与产品开发发展迅速。如医学领域的纳米医药机器人、纳米定向药物载体、纳米在基因工程蛋白质合成中的应用，微电子及信息技术领域的导电聚合物在信息技术的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感器，化工领域的利用纳米材料提高催化剂的效能等，都取得了很大进展。
日本科学家在2003年12月发现，当温度降到极端低时，非常接近于一维金属的碳纳米管的电阻急剧增大，变成绝缘体，与普通金属的导电性截然相反。从
而证实了诺贝尔物理学奖获得者日本物理学家朝永振一郎关于一维金属的电阻在极端低温状态下急剧增大的“朝永理论”。这一发现为开发超微半导体等新产品提供了新思路。名古屋大学研制出一种外层为半导体、内层为导体的双层纳米管，可作为微电子元件的配线，用于薄形装置的关键部位。信州大学研制成功目前世界最小的碳纳米管，直径只有 0.4 纳米，这种纳米管可在分子等级上与树胶混合，形成高强度树胶，用于制作小型精密机械用树胶齿轮。日本NEC研制出世界最小晶体管，长度为5纳米，比最小的病毒还要小2倍。
俄罗斯科学家研制出生产能力为每小时10克的碳纳米管的技术装置。还研制出一种碳纳米管生产新方法，将酒精和甘油的混合物喷射到2000℃至3000℃的石墨棒上，制出厚度为30纳米至150纳米的碳纤维、厚度为20纳米至50纳米、长度为几米的碳纳米管。这种纳米管可用于制作连接地球和月球之间的运输线。
法国国家科研中心应用粉末冶金制成平均尺度为80纳米、机械特性极佳的纯纳米晶体铜，其强度比普通铜高3倍，而且形变时非常均匀。这是科学家首次获得具有完美弹塑性的物质，为制造常温下的弹性物质提供了十分有用的技术支持
英国谢菲尔德大学通过模拟细胞自我组装机制，使一种树状有机分子自我组装成截面约为20纳米×20纳米、含25万个原子的晶格单元。由这些晶格构建的纳米晶体结构比普通液晶晶格结构更大、更复杂，可用于制造各种分子电子学和光学材料。这是目前能够得到的最为复杂、可自我组装的超分子结构，也是光子晶体材料研制领域首次在原子级精确度上获取的纳米级结构。
以色列科学家利用生物自组装技术和碳纳米管的电子特性，首次在DNA上制造出纳米晶体管，证实利用生物技术制造无机物器件是可能的。特拉维夫大学综合就用生物技术和无机化学技术，制备出银纳米导线，可作为稳定的生物传感器和芯片的电流导体。这是世界上首次应用人工合成的方法制备离散而又均匀的纳米导线。
墨西哥国立自治大学应用物理和高科技中心从墨西哥东南部油田提取的多份原油样品中发现碳纳米管，强度是钢的100多倍，每桶原油可分离出2克。这是世界上首次在原油中发现天然碳纳米管。埃克森-美孚石油公司、壳牌石油公司已经在同墨方接触，探讨利用原油工业化生产碳纳米管的可能性。
随着科学技术的不断发展,纳米氧化铁的制备方法也在不断推陈出新,各种方法在不断进行交叉、渗透,取长补短。由于纳米氧化铁在实际应用中的优异性能,使其用途极为广泛,开发前景广阔。然而,纳米氧化铁的制备过程中处理温度高,粒子易团聚,难以分散等仍然是当今难题,尤其是在化学湿法制备过程中表现
得更为突出。如何提高纳米氧化铁粒子的分散性能和改善其表面性能;如何低成本、规模化合成纳米氧化铁,并有效控制纳米氧化铁粒子的形貌和粒径,是从事纳米材料研究的科技工作者关注的焦点和追求的目标。【3】
纳米氧化铁粒子由于具有良好的磁性、耐光性,对紫外光具有强吸收和屏蔽效应,可广泛用于新型磁性记录材料、电子、涂料、橡胶、油墨、塑料、催化剂及生物医学等领域。因此,纳米氧化铁粒子的制备日益引起科技工作者的重视,了解和掌握纳米氧化铁粒子的各种制备方法,具有十分重要的理论价值和现实意义。纳米材料的制备方法通常包括:物理方法、化学方法和综合方法,目前国内外科技工作者制备纳米氧化铁粒子通常采用各种不同的化学方法,归纳起来可分为胶体化学法、水热法、固相法、沉淀法和水解法等类型。
纳米氧化铁的应用很广泛，如下：
1、在磁性材料中的应用：磁性纳米粒子由于其特殊的超顺磁性，在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景【4】。纳米氧化铁是新型磁记录材料，在高磁记录密度方面有优异的性能，记录密度约为普通氧化铁的10倍【5】。利用铁基纳米材料的巨磁阻抗效应制备的磁传感器已经问世，包覆了超顺磁性纳米微粒的磁性液体也被广泛用在宇航和部分民用领域作为长寿命的动态旋转密封。软磁铁氧体在无线电通讯、广播电视、自动控制宇宙航行、雷达导航、测量仪表、计算机、印刷、家用电器以及生物医学领域均得到了广泛应用。
2、在颜料领域中的应用：用纳米氧化铁作为颜料，既保持了一般无机颜料良好的耐热性、耐候性和吸收紫外线功效等优点，又能很好地分散在油性载体中，用它调制的涂料或油墨具有令人满意的透明度。利用具有半导体特性的纳米氧化铁等做成涂料，由于具有较高的导电特性，能起到静电屏蔽作用。将能吸收某些波长光线的透明氧化铁颜料包覆在干涉型的珠光颜料上，如与闪光铝浆混用便形成一种组合颜料(combination pigment)。用这种组合效应颜料制成的轿车闪光漆，在正视或侧视时不仅看到颜色在明度上、饱和度上或色调上有差异，而且会看到真正不同的颜色，即所谓的tOw—color效应【6】。这种漆具有很鲜艳的色彩，tow—color效应给人以丰满和富丽堂皇的质感，而且保色、保光性良好。
3、在催化领域中的应用：用纳米粒子制成的催化剂的活性、选择性都高于普通的催化剂，并且寿命长、易操作。将用纳米a—Fe2 O3。做成的空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利用太阳光进行有机物的降解可加速废水处理过程。美国、日本等对海上石油泄露造成的污染进行处理时采用的就是这种方法【7】。纳米a—Fe2 O3。已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成的催化剂。纳米a—Fe2 O3。催化剂可使石油的裂解速度提高1～5倍，以其作为燃烧催化
剂制成的固体推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高1～10倍，这对制造高性能火箭及导弹十分有利。
4、在气敏材料方面的应用：根据纳米粒子的表面效应，当外界环境发生变化时，粒子表面或界面上的离子价态和电子亦发生变化的特点，可将纳米氧化铁制成灵敏的传感器，用于H2,乙醇、CO及其他有毒气体的检测。纳米a-Fe2咙是含有一定量氧空位的N型半导体材料，环境中的氧分子易俘获材料导带中的电子而吸附在晶粒表面，吸附氧的产生使晶界附近形成电子缺失层，材料电导主要由表面电子缺失层的电导贡献，即与其表面的氧解离和吸附是密切相关的。适当掺杂重金属(如Pb2+, N2+, La34, Sn4+, Ti4+, Zr4+等)可使纳米a-Fe203:的电导和灵敏度得以显著提高。掺杂Srco;也可以提高a-Fe203粉体对气体的灵敏度，闰涛等认为可能是因为S产十与Fe3+半径接近，5产十占据Fe203刚玉结构中Fe3+ 的位置而形成固溶体，从而使导电电子增多的缘故。【8】
5、在生物医学方面的应用：人们利用纳米级粒子可使药物在人体内的传输更为方便这一特点，将磁性Fe203;纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内，在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位达到定向治疗的目的，德国柏林沙里特临床医院的专家们利用癌细胞耐热性差，加热至43℃以上就死亡的特点，将纳米氧化铁微粒注入肿瘤内，并将患者置于交变磁场中，受磁场影响，肿瘤内的纳米氧化铁微粒升温至45^47`C，杀死癌细胞且不会伤及周围的正常组织。此外，纳米氧化铁在药用胶囊，药物合成，生物医学技术等领域也发挥着重要的作用，如文献【9】用纳米氧化铁制成表面功能化磁性微球，应用于核酸分离与固定化酶中。
6、在其它领域中的应用：纳米a—Fe2 O3。除了在磁性材料、颜料、催化领域得到应用外，在国民经济其它领域中也有广泛的应用前景。如用纳米a-Fe 0。制成的气敏材料，具有响应速度快、选择性强、灵敏度高、稳定性好等特点。在制备透明氧化铁时，若严格控制砷和重金属的含量，则可用于药品、食品、化妆品等方面【10】。此外，利用纳米级粒子使药物在人体内的传输更为方便这一特点，将磁性a—Fe2O3。纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内。在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位可达到定向治疗的目的。【11】
研究意义：
作为最为稳定的铁氧化物, a—Fe2 O3 因其价格低廉、无毒和环境友好等特点而具有重要的科学和技术价值。a—Fe2 O3在催化、气体传感器、吸附剂、颜料、离子交换剂和磁性元件等领域具有潜在的应用价值, 因此关于a—Fe2 O3的应用研究被广泛关注。因为a—Fe2 O3在许多催化反应中具有高的催化活性和
稳定性, 所以将其作为催化剂或催化剂载体的应用研究是最受关注的方向之一。
目前, 国内外科技工作者在制备纳米微米氧化铁上的方法上总体可分为湿法和干法。湿法多以工业绿矾、工业氯化（亚）铁或硝酸铁为原料, 采用空气氧化法、化学共沉淀法、水热法、强迫水解法、凝胶一溶胶法、微乳液法等方法制备, 干法常以拨基铁[Fe(CO)5]或二茂铁(FeCP2)为原料, 采用火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法(PCVD)或激光热分解法制备。分析这些制备方法不难看出, 除空气氧化亚铁盐方法外, 其他方法虽能制得形貌完好、粒径分布窄的氧化铁纳米粒子, 但由于生产成本高, 除满足一些特殊需求外, 由于原料或工艺的原因无法大规模工业化生产。
随着科学技术的不断发展，纳米氧化铁的各种制备方法还在不断交叉、渗透，不断发展。纳米氧化铁不仅具有其它纳米材料的优异性能，而且价廉，用途极广。然而，纳米氧化铁的制备过程中处理温度高、粒子易团聚、难以分散等问题一直是科技工作者所面临的难题，只有解决了这些问题才可以真正实现纳米材料的工业化。在今后时间内，如何提高超细粒子的分散性和改善粒子表面性能，并有效控制纳米氧化铁粒子的形貌和粒径，仍然是所有粉体材料科技工作者关注的焦点。【12】
研究内容：
1、沉淀法制备纳米氧化铁：
1.1 共沉淀法
共沉淀法是在制备磁性纳米粒子同时将表面活性剂或聚合物加人并产生磁性徽球的侧备方法。即先将表面活性剂或聚合物溶解, 然后依次加人Fe2+,H2O2或加入Fe2+和e3+搅拌的同时滴加性液, 通过氧化沉淀或共沉淀反应, 形成核充滋性徽球。Ccilia在制备颗粒过中加人了一定量的葡聚精, 制备出粒为8nm 分散稳定性很好的葡聚糖包覆的氧化铁纳米颗粒先将壳聚糖的溶液和含铁盐与亚铁盐溶液在激烈搅拌下混合均匀, 通氮气保护, 然后加氮水40摄氏度反应20min, 洗涤干操后制得7nm且粒度分布较窄的纳米微球等, Li等将Fe2+和Fe3+盐溶液加人到葡聚糖的水溶液中, 加热到60℃后摘加氮水发生共沉淀反应, 离心后除去上清液葡萄聚糖包覆的磁性纳米微球, 该粒子继续活化耦联抗体及量子点, 最后制得的磁性复合微球可用于免疫测定。
共沉淀法原位合成表面修饰的暇化铁纳米获粒的优点是制备方法简单, 在氧化铁成核过程中能有效地隔离和分散磁性粒子, 防止磁性粒子的团和沉积, 制得的磁性微球粒径较小几纳米到几百个纳米,比表面积大。缺点是磁性微球大小不均匀、磁响应性较差, 操作时需要较强的外加磁场且初步分离所获粒子多形
成胶束状, 豁要多次反复超声洗涤、干燥, 才可获得满意效果。
此法是目前最普遍使用的方法,它是以方程式:Fe2 + + Fe3 + + 8OH- Fe3O4 + 4H2O为原理进行的。通常是把Fe ( Ⅲ)和Fe ( Ⅱ)盐溶液以2 ∶1 (或更大)的物质的量比混合,在一定温度下加入过量(2～3倍)的NH4OH或NaOH,高速搅拌进行沉淀反应,然后将沉淀洗涤、过滤、干燥,制得尺寸为8～10 nm的Fe3O4微粒。采用中和沉淀法制备了纳米Fe3O4微粒,并得出生成纳米Fe3O4微粒必须满足R ≥ 6. 67 (根据上述反应式而确定的NaOH与铁盐投料量的物质的量比) , pH ≥11,反应温度20～80 ℃的基本条件。共沉淀法制备Fe3O4超微粉特点是:设备简单、反应条件温和、原料价格低廉、工艺流程短、易于工业化生产,且反应过程中成核容易控制、产物纯净度高。共沉淀法最大的难题是如何使纳米Fe3O4粒子分散而不团聚。为此许多学者通过加入表面活性剂包覆微粒表面等手段对共沉淀法进行了改进,以达到减少团聚的目的。未经表面处理的纳米Fe3O4粒子极不稳定,其稳定性与pH成反比,在强碱性介质中静置时立即发生聚沉,随着pH降低,稳定性有所提高,但静置几分钟后都会析出沉淀。【13】
1.2 均匀沉淀法
均匀沉淀法是在铁盐溶液中加入某种物质,使之通过溶液中的化学反应缓慢地生成沉淀剂。只要控制好生成沉淀剂的速度,就可避免浓度不均匀现象,使过饱和度控制在适当的范围内,从而控制粒子的生长速度,获得粒度均匀、纯度高的超细氧化铁粒子。常用的试剂是尿素,它在水溶液70 ℃左右发生.分解作用:CO (NH2 ) 2 + 3H2O 2NH4OH + CO2 ↑加热时水解产生CO2 ,NH+4 ,OH- ,它们促进和控制Fe3 +水解,从而达到快速均匀成核的目的。其特点是利用酸度、温度对反应物解离的影响,在一定的条件下制得前驱体,通过迅速改变溶液的酸度、温度使颗粒迅速大量生成,借助表面活性剂防止颗粒团聚,从而获得均匀分散的纳米颗粒。【14】
1. 3 水解沉淀法
通常以铁盐,如硝酸铁、硫酸铁和氯化铁等为原料,水解后得到γ - FeOOH ,经高温处理得到氧化铁粉体,粉体平均粒径在40～60 nm。但该方法只适用于单元系统,对多元系统由于各反应物水解后沉淀的速度不一样,难以获得原子尺度的均匀混合。
1. 4 还原沉淀法
采用还原沉淀法将铁离子与高分子介质聚4 - 乙烯吡啶均聚物( P4VP)和衣康酸- 丙烯酸共聚物( P IAA)在一定条件下进行交联,生成配合物并制成薄膜,用NH2 - NH2将薄膜还原后,滴加NaOH调节溶液pH,升温反应一段时间即得到产物Fe3O4微粒,粒径20～200 nm。以三氯化铁水溶液作原料,采用部分还原沉淀
法,加入一定量的Na2 SO3溶液,在剧烈搅拌下滴加氨水,调节pH为8左右,反应趋于完成。在60～80 ℃水浴中加热30 min后,将产物磁分离、洗涤和真空干燥。对产物的形貌、粒度分布、物相组成、表面包覆官能团、磁化率、分散性等进行了表征。用硅烷偶联剂修饰前后的粒度分布呈高斯正态分布, 主要集中在10 ～25 nm,主要物相为Fe3O4晶体,另外还夹杂少量γ -Fe2O3 , 分散性得到改善,磁响应性能保持良好。
1. 5 超声沉淀法
在0. 15 MPa氩气环境下, 25 ℃时,用高强度超声波辐射,从乙酸铁盐水溶液制得粒径为10 nm的纳米Fe3O4颗粒,颗粒是超顺磁性的,在室温下它的磁化强度很低。利用超声波与均匀沉淀相结合的方法,以硝酸铁和尿素为原料在烧瓶中混合均匀,并加入适量的十二烷基苯磺酸钠,置于超声波清洗器内,在80 ℃下超声振荡15 min,恒温反应1 h,进行离心分离。用去离子水超声清洗沉淀,然后用无水乙醇洗涤,所得沉淀即为氧化铁前驱体。将所制得的氧化铁前驱体在烘箱中于110 ℃干燥2. 0 h,然后置于马弗炉中在500 ℃灼烧1. 0 h,研制出长轴10 nm、短轴5 nm的α - Fe2O3 粒子。
1.6 交流电沉淀法
交流电沉淀法此方法最大的特点是能够很容易地控制产物的形貌,可制得具有与常规方法不同形貌的纳米粒子,尤其是对纳米棒和纳米管的研究意义深远。【15】
结论：纵观各种沉淀法,各有优缺点,但是主要存在以下问题:沉淀物通常为胶状物,过滤水洗较困难;沉淀剂易作为杂质残留;沉淀过程中各种成分易发生变化,从而产品难以均一,且水洗时部分沉淀物易发生溶解;处理温度高、粒子易团聚、难以分散等。只有解决了这些问题才可以真正实现沉淀法的广泛应用,纳米氧化铁的生产才能实现工业化。
2、固液气相法制备纳米氧化铁
2.1 固相法
纳米氧化物的固相制备方法有机械粉碎法和固相化学反应法。机械粉碎法是采用超微粉碎机制备超微粒, 其原理是利用介质和物料间相互研磨和冲击,以达到超细化,但很难使粒径小于100nm。固相化学反应法合成纳米氧化物是近年来发展起来的一种新方法。固相反应法将金属盐或金属氧化物按一定比例充分混合,研磨后进行煅烧,通过发生固相反应直接制备纳米级微粒,或再次研磨粉碎得到纳米级粉体。在聚乙二醇(PEG2400)存在下,于室温下研磨适量FeCl3与NaOH的混合物制备了Fe2O3纳米粒子。所得各样品用XRD、M?bssbauer谱、TEM、TG2DTA 和FT2IR等手段进行测试。固相法与其它方法相比, 合成工艺简化,成本低,并能
减少因中间步骤及高温反应引起的诸如粒子团聚、所需晶化时间长等问题。但该方法存在纯度不高, 产率低,有副产品等缺点。
2.2气相法—激光加热法
作为一种光学加热方法, 激光在许多方面得到应用。激光的利用可以说是纳米微粒制备中的一种很有特点的方法,它具有如下的优点:
(1)加热源可以放在系统外,所以它不受蒸发室的影响。
(2)不论是金属、化合物,还是矿物都可以用它进行熔融和蒸发。
(3)加热源(激光器)不会受蒸发物质的污染等。
用CO2激光热解法连续合成了γ-Fe2O3超微粒子。并用XRD和TEM图对其进行了表征, 证明粒子呈球形, 团聚很少, 平均粒子尺寸为5nm,矫顽力Hc 比球形单畴粒子的高100多倍.采用激光气相反应法,以脉冲CO2激光器为光源,Fe(CO)5/O2为反应物,合成了晶形和无定形的Fe2O3超细粉。晶形超细粉γ-Fe2O3呈多边形,粒径为12.5～100nm。无定形γ-Fe2O3细粉为球形, 粒径在5～12nm之间。γ-Fe2O3纳米粉末在形貌上呈链状,单个颗粒基本呈球形；纳米粉末的粒度均匀,平均粒径约为19nm,而且基本不存在硬团聚。
2.3液相法
液相法是在铁盐溶液中加入适当的沉淀剂来得到前驱体沉淀物, 再将此沉淀物煅烧形成相应的氧化铁陶瓷粉体。沉淀法分为铁盐的直接沉淀法和亚铁盐的氧化沉淀法。直接沉淀法由于反应速度快,所得的沉淀往往含大量的包含水, 在干燥的过程中易引起颗粒间的硬团聚。而氧化沉淀法则是由氧化过程来决定结晶速度,反应较慢,因而制得的粉体的粒径和气敏性较直
接沉淀法好。用Na2CO3代替NaOH作沉淀剂,制备了纺锤形纳米γ-Fe2O3并采用XRD和TEM对材料进行了表征,纳米Fe2O3的制备方法及进展温度下LPG有选择性检测能力(对H2的选择系数为4),并具有相当的气敏稳定性。【16】
3、其他方法
3.1空气氧化法
空气氧化法是制备超细氧化铁的最常见方法,此法可分为酸法( Ⅰ)和碱法( Ⅱ ) ,其具体工艺流程各异。酸法大致可分为如下两个阶段: ①用低于理论量的碱将亚铁离子沉淀为Fe(OH)2,通气(如空气)氧化制得晶种;②引入亚铁盐,继续通气氧化。碱法是用高于理论量的碱将亚铁离子全部沉淀为Fe(OH)2,然后通入空气至反应结束。产品质量与沉淀粒子Fe(OH)2质量及氧化转化情况密切相关。而粒子大小取决于加料速度、搅拌状况、溶液初始浓度、反应温度、添加剂等。在碱法制备情况下,FeSO4质量分数通常为5%～25%,碱量多高于理论量的50%,温度以20～40℃为宜。所得Fe(OH)2在20～40℃下氧化,使之转变成α-FeOOH
微晶。悬浮液在较高温度(如80℃)下进一步氧化、熟化。Fe(OH)2氧化过程中,用控制空气量和气体通入方式来控制α-FeOOH的粒度,也可向亚铁盐中加入诸如硅酸盐、磷酸盐、柠檬酸盐、酒石酸、聚乙烯醇(质量分数0.5%)、丙三醇、丁烯醇等添加剂,使结晶成核中心增多,从而使生成的α-FeOOH的粒子微细、均匀。空气氧化法是制备氧化铁的重要方法。
3.2溶胶-凝胶法(Sol-gel)
溶胶-凝胶法是近几年发展起来的,主要以醇盐为原料,在一定的温度和条件下进行水解和缩聚反应,而随着缩聚反应的进行以及溶剂的蒸发,具有流动性的溶胶逐渐变为略显弹性的固体凝胶,然后再在比较低的温度下烧结成为所要合成的材料。凝胶的结构和性质在很大程度上决定了其后的干燥、致密程度,并最终决定材料的性能。【17】除了通过对反应过程工艺的控制来对材料进行设计外,各种化学添加剂(如SDS,SDBS)往往被引入到sol-gel反应过程中, 这些添剂可以改变水解、缩聚反应,改变凝胶结构均匀性,同时也能够控制其干燥行为。【18】以Fe(NO3)3·9H2O和Si(C2H5O)4为初始物制备了γ-Fe2O3,生成的凝胶在一周之内慢慢升温到100℃ ,为了避免生成α-Fe2O3相还要在150℃保温24h。然后以每次升高50℃并保温30min的速度升温到500℃进行煅烧。XRD观察表明其粒径为3～4nm。把FeCl2和FeCl3混合物加到碱中,然后用HClO4处理沉淀物而得到γ-Fe2O3。用聚乙烯磺酸树脂与氯化亚铁盐溶液反并在NaOH和H2O2的存在下合成了γ-Fe2O3。在硝酸铁乙二醇甲醚溶液体系中加入硅酸乙酯,用溶胶-凝胶法制备γ-Fe2O3纳米晶粉体,硅酸乙酯的加入不但加速凝胶化过程,而且有效抑制氧化铁晶粒的生长, 提高γ-Fe2O3向α-Fe2O3转变的相变温度。【19】
3.3微乳法
微乳液是被表面活性剂稳定了的热力学体系。W/O微乳液是由水、油(有机溶剂)、表面活性剂和助表面活性剂组成的，其中的水相是一个个微小的反应场，能够制备各种纳米粒子。取辛烷基苯酚聚氯乙烯醚和正己醇的混合液(3:2)50 ml，加入一定量定浓度(2％～20％)硝酸铁溶液，振荡均匀，然后加入200 ml 环己烷，振荡使其成为均匀透明的微乳液，再在搅拌下慢慢滴入被氨饱和的环己烷，使沉淀反应进行完全，继续搅拌数分钟，高速离心分离沉淀物，用乙醇洗涤三次，再用水多次洗涤，制得粒径为4 nm左右的α-Fe2O3超细微粒。以正己醇为辅助表面活性剂，适当比例的水—Triton X-100—环己烷体系可构成W/O型微乳液，再加入Fe(NO3)3或NH4OH溶液，最后制备出平均粒径在20 nm左右的α-Fe2O3粉体。【20】
3.4共混包埋法
混包埋法是将磁性超徽顺粒均匀分散在表面活性剂或聚合物中, 通过交联、
絮凝、雾化、脱水等手段使修饰剂包扭在磁性顺粒表面, 形成核一壳结构的磁性徽球, 是目前常用的制备方法之一，共混包埋法制备截性徽球主要是通过范德华力、氢健、配位键和共价健等作用将水溶性高分子物质缠绕在无机磁性倾粒表面, 形成来合物包砚的磁性徽球。安小宁等’〕用壳聚箱在溶液中共混包埋磁粉制备出高磁性的壳雍籍徽球, 并研究了包埋磁粉使用的壳聚糖与磁粉用的比例对磁性壳聚精徽粒磁性的影响, 结果表明, 磁性充菜籍徽狡的磁性与壳雍糖的用成反比。壳聚糖包彼的磁性徽球经戊二醛修饰、环氛氛丙烷交联制得高磁性壳琅糖徽位, 此徽粒与卵清蛋白共价结合得到磁性亲和吸附剂, 可应用于胰蛋白酶的亲和纯化。等〕先通过孩液共沉淀法制得氧化铁纳米粒子, 然后使用共混包埋法将一氨丙墓三乙氧基硅烷通过硅烷化反应包理到纳米粒子表面, 包极后的粒子仍具有超顺磁性和高的磁响应性, 且引人了功能基团一, 能继续俩联药物等生物分子。此法制备磁性徽球的优点是方法简单, 徽球表面不播要化学修饰就含有活性功能荃团, 可以直接偶联所偏的配体缺点是制备的磁性徽球大小难以撼制,粒径分布较宽, 形状不规则壳层中易混有杂质, 因此用于免疫侧定和细胞分离时受到很大的限制而且不同徽球的磁含也不一致, 磁强度相差颇大, 聚合物对磁核包砚不够密实, 易泄磁。【21】
3.5单体聚合法
单体聚合法：是将磁性粒子均匀分散到含有单体的溶液或乳掖中, 利用引发剂引发单体进行聚合反应, 从而生成内为磁核外为聚合物的磁性高分子微球用单体策合法制备磁性高分子徽球的方法主要有悬浮聚合、乳液雍合、分散聚合法等。等利用反相微乳液法在正己烷反相胶束的水核中制备出改性的, 粒径且分布较窄, 合成的纳米狡子表现出高的稳定性和超顺磁性, 且无及其毒, 可用于药物传输它生物医学应用。【22】采用分散聚合法, 在醉水体系和磁流体存在的情况下, 通过苯乙烯与一异丙基丙烯酞胺共聚, 合成出一热敏性磁性徽球。该徽球在水溶液中具有明显的热敏特性, 有望在生物大分子如蛋白质分离中应用。等〕利用共聚合法合成了聚丙烯酸包彼的, 通过引人狡基官能团, 可用于的纯化和分离该法的优点是制得的磁性粒子磁响应性强, 形状较规则, 大部分成圆球状, 且粒度分布较均匀, 缺点是其粒径较大, 疏水性单体聚合生成的磁性微球表面一般不含功能活性基团, 摇要通过表面化学改性才能带上活性基团。
用硫酸渣制取：用选矿方法将硫酸渣提纯，使其含铁量达到65％～66％．将该精矿与稀硫酸一起加热反应，直到反应膨胀，出现白色的CaSO。为止，冷却后过滤，得到较浑的浅红色液体。将边脚料加入到滤液中，略加搅拌后静止，待溶液中的三价铁离子转变成二价铁离子，溶液成蓝绿色为止，捞出铁皮残渣(可继续使用)并往溶液中加入载体进行除杂。将载体滤出后得到蓝色的透明溶液。
将透明溶液置于l 000 mL的中和氧化器上，加入乳化剂乳化，本次试验乳化剂用量为2000g／t镕-，在充分乳化后，逐滴加入氨水直到反应至终点，此时pH=7—7．5。生成物为浅黄色粉体FeOOH，经静止沉降，反复洗涤得到纯净的FeOOH，再经过滤烘干，粉碎，煅烧即得到超细粉体纳米氧化铁。颜色为棕红色。晶形为球状。【23】
试验中新得的氧化铁粉体的粒径还不均匀，大的近120 nm．小的不足40 nm 说明反应条件控制不理想，尚须进一步研究使其粒度基本均匀的相关条件。
4、水热法
水热反应是高温高压下在水（水溶液）或水蒸气等流体中进行有关化学反应的总称，根据反应类型不同可分为水热氧化、还原、沉淀、合成、水解、结晶等。水热法多以Fe(NO3)3，或FeCl3为原料，在一种稳定剂(如SnC14)存在下，加热至一定温度，固液分离，Fe(OH)3沉淀经洗涤重新分散于水中，调节pH值后加入反应釜，升温反应一段时间，冷却出釜后处理即得产物。
仪器：台式烘箱，721或722型分光光度计，医用高速离心机或800离心沉淀器，酸度计，多用滴管，20ml具塞锥形瓶，50ml容量瓶，离心试管，5ml吸量管。试剂：1.0mol/lFeCl3溶液，1.0mol/l盐酸，1.0mol/lEDTA溶液，1.0mol/l（NH4）2SO4溶液。
方法：
1.先将玻璃器皿清洗干净，烘干备用。
2.水解时间的影响：
按1.8*10-2mol/lFeCl3溶液、8.0*10-4mol/lEDTA的要求配制40ml水解液，通过多用滴定管滴加1.0mol/l盐酸，以酸度计监测调节溶液的PH值至2，置于50ml具塞锥形瓶中，放入105℃的台式烘箱中，观察水解前后溶液的变化。每隔30分钟取样20ml，于550ml处观察水解液吸光度的变化，直到吸光度(A)基本不变，观察到桔红色溶胶位置，绘制A-t图，约需读数6次。
3.水解液PH值的影响：
改变上述水解液的PH值，分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，用分光光度计观察水解PH值的影响，绘制A-PH图。
4.水解溶液中铁离子浓度的影响：
改变步骤2中水解液的铁离子浓度，使之分别为 2.5*10-2mol/l，5*10-3mol/l，1.0*10-2mol/l，用分光光度计观察水解液中铁离子浓度对水解的影响，绘制A-c图。
5.取上述水解液一份，迅速用冷水冷却，分为两份，一份用高速离心机离心分离，一份加入（NH4）2SO4溶液使溶胶沉淀后用普通离心机离心分离.沉淀用去离子
水洗至无氯离子为止，比较两种分离方法的效率。
6.产品的鉴定：用激光粒度测定仪测定所得氧化铁的粒度。
利用电子显微镜和X射线衍射仪对所得氧化铁进行结构分析。结果与讨论：
1.反应温度的升高，反应产物由Fe2O3 和FeOOH 相向Fe2O3 转变，说明反应温度的升高有利于形成α-Fe2O3。这是因为随着反应温度的升高，Fe3+在溶液中的水解速率相对加快，有利于形成Fe(OH)3 晶核，促进Fe2O3 晶体的生长。
2.反应时间的延长，样品的物相组成均有Fe2O3和FeOOH相，但随着时间的延长，物相中的FeOOH 相强度明显减弱，相对含量逐渐减少，说明反应时间的延长有利于纯度的提高。
3.一定的铁离子浓度范围内，随着铁离子浓度的增大，吸光度增大；超出一定的范围，则基本保持不变。
氧化铁的粉末X射线衍射光谱分析：经水热法合成的样品的粉末XRD衍射光谱图示．经PCPDF(XRD数据库)卡核实．所有品面衍射角位置都与标准卡的一致，可知所制备的纳米氧化铁为a-Fe2O3,纳米氧化铁的晶粒大小可用Seherrer公式来判断Seherrer公式：=KX／flcos0
D为平均晶粒尺寸；K为形状因子，对于不同的晶体取值不同，Fe2O3取0．89；X为x射线波长，其值为0．15406nm；p为经校正后x射线衍射峰的半高宽(扣除仪器宽的影响)；0一衍射角。根据公式Seherrer计算得粒径最小值为42．86纳米(021衍射面)最大值为83．4纳米。
用BET氮吸附法测得纳米氧化铁的比表面为16．85m2／g。
按照公式：D=6／(A·p)[I¨，式中：D为平均粒径；A为比表面积；p为密度(其值为5．2759／cm3)。计算得平均粒径为：D=6·10“／(16，85·5．275)=67．5nm。其结果与透射电镜测得的粒径以及粒度分布仪测得的数据都相吻合。
水热法制得的纳米氧化铁经粉末X一衍射表明合成样品为a—Fe2O3。样品的BET比表面测定、透射电镜和激光粒度测定表明样品的BET比表面为16．85m2／g，平均粒径为67．5nm。透射电镜测得的粒径和通过粉末X一衍射半峰宽计算以及激光粒度分布仪测得都获得了一致的测定结果。【24】
结论：
采用水热法,在不添加任何有机改性剂的条件下,成功地得到了纳米氧化铁。该法制得的粒子纯度高，分散性好,合成工艺简单；但操作复杂，对设备要求高，成本较高。
展望：,用途极其广泛,而且成本非常廉价. 随着材料科学技术的不断发展,纳米氧化铁的制备方法也在不断的推陈出新,各种方法不断进行交叉、渗透、取长补短,或许能制备出性能优异的纳米氧化铁颗粒,如气敏电极、专一高效的催化剂等. 因此在今后相当长一段时间内,如何提高超细粒子的分散性和改善粒子表面性能仍然是所有粉体材料科技工作者关注的焦点。
三氧化二铁作为一种重要的化工原料,可广泛用于建筑材料、催化剂、功能陶瓷等工业中。从世界范围内来看,氧化铁的消费量不断增加,其中70%是合成氧化铁,30%来自天然氧化铁。随着科技的发展和社会的进步,对铁氧化物的品质、制备工艺和规模提出了越来越高的要求。因此,探索适合时代要求和生产规模的铁氧化物制备的新途径,特别是无污染、低能耗、高产率的制备新途径, 一直是科学工作者追求的目标。
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纳米氧化铁
第一章综述 1.1 概述 1.1.1 氧化铁的性质 纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并崛起的新科技，它的基本内涵是指在-9-7）范围内认识和改造自然，通过直接和安排原子，分子创造1010～纳米尺寸（新物质，以及改造原有物质使其具有新的性质[1]。纳米材料具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应及宏观量子隧道效应等基本特性[1]。这些基本特性使纳米材料具有不同与常规材料的潜在的物理，化学性质，因此引起人们的广泛兴趣。纳米氧化铁( nano- sized iron oxide) 具有良好的耐候性、耐光性、磁性 和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应, 可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面, 且可望开发新的用途[2，3]。 通常，铁的氧化物及其羟基氧化物均归属于氧化铁系列化合物，按价态，晶型结构的不同可以分为（α-﹑β-﹑γ-）FeO ﹑FeO ﹑FeO 和（α-﹑β-﹑γ-） 4323FeOOH.按色泽又可以分为，红﹑黄﹑橙﹑棕﹑黑。较具实用价值的有，α- FeO32﹑β- FeO ﹑α- FeOOH﹑FeO等。43321.1.2 氧化铁的应用 1 纳米氧化铁在装饰材料中的应用 在颜料中, 纳米氧化铁又被称为透明氧化铁( 透铁) 。所谓透明, 并非特指粒子本身的宏观透明, 而是指将颜料粒子分散在有机相中制成一层漆膜( 或称油膜) , 当光线照射到该漆膜上时, 如果基本不改变原来的方向而透过漆膜, 就称该颜料粒子是透明的。透明氧化铁主要有5 个品种, 即透铁红、黄、黑、绿、棕。透明氧化铁颜料因其有0.01μm 的粒径, 因而具有高彩度、高着色力和高透明度, 经特殊的表面处理后具有良好的研磨分散性。透明氧化铁颜料可用于油化与醇酸、氨基醇酸、丙烯酸等漆料制成透明色漆, 有良好的装饰性。此种透明漆既可单独, 也可和其他有机彩色颜料的色浆相混, 如加入少量非浮性的铝粉浆则可制成有闪烁感的金属效应漆; 与不同颜色的底漆配套, 可用于汽车、自行车、仪器、仪表、木器等要求高的装饰性场合。透铁颜料强烈吸收紫外线的特性使其可作为塑料中紫外线屏蔽剂,而用于饮料、医药等包装塑料中。纳米FeO 在32 1 静电屏蔽涂料中也有广阔的应用前景, 日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的FeO 纳米涂料。这种具有半导体特性的纳米粒子在室温下具有比常规的23氧化物高的导电性, 因而能起到静电屏蔽作用。 2 纳米氧化铁在油墨材料中的应用 透铁黄可用于罐头外壁的涂装, 透铁红油墨为红金色, 特别适合罐头内壁用, 加之透铁红耐300 ℃的高温, 是油墨中难得的颜料珍品。为提高钞票的印制质量, 往往在印钞油墨中加入纳米氧化铁颜料来保证钞票的色度和彩度等指标。 3 纳米氧化铁在着色剂中的应用 随着人们生活水平的提高, 人们越来越重视医药、化妆品、食品中使用的着色剂, 无毒着色剂成了人们关注的焦点。纳米氧化铁在严格控制砷和重金属含量的情况
纳米材料的制备方法
1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。化学气相沉积的化学反应形式．主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时，将适量金属铽与铁混合，可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而，包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体，乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理，并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体，以钴和钒为催化剂，仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源，铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和连续，可对整个基体进行沉积等优点。此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之，随着纳米材料制备技术的不断完善，化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。
氧化铁制备的方法
氧化铁制备的方法 制备氧化铁的方法有很多，根据反应物料的状态分别有干法和湿法两种。干法又包括气相法和固相法两种，其中气相法包括热分解法、鲁式法、焙烧法等。其中湿法包括空气氧化法、水解法、沉淀法、溶胶?凝胶法等；此外，还有催化法、包核法、水热法等工艺改进方法。 2.1 干法 气相法通常以羰基铁(Fe(CO)5)或者二茂铁(FeCP2)等为原材料，采用气相沉积、低温等离子化学沉积法(PCVD)、火焰热分解或激光热分解等方法来制备。固相法是把金属盐或金属氧化物按照配方充分混合、研磨以后进行煅烧，固相反应结束后，直接产生纳米粒子或研磨方法得到纳米粒子。 2.1.1 热分解法 热分解法通常以羰基铁(Fe(CO)5)或二茂铁(FeCP2)等为原材料，利用火焰热分解、激光分解或气相分解等技术制备而成。蔺恩惠等采用激光气相反应法，光源采用红外激光脉冲CO2激光器、以(Fe(CO)2)/O2作为反应物质，利用爆炸式反应，同时能够得到晶形和无定形态的三氧化二铁超细粉；该方法具有反应时间较短，工艺简单，产率高，能耗低等优点。余高奇等利用Fe(NO3)3·9H2O在高温加热到一定的温度会分解的特性，利用配制成的Fe(NO3)3·9H2O 的盐液体，经过超临界干燥，直接可得到纳米级氧化铁粉。热分解法具有操作环境好，影响因素少，产品质量高，工艺流程简单，分散性好，粒子超细等特点。但是其技术难度较大，对设备的结构和材质要求较高，一次性投资耗费大。 2.1.2 焙烧法 传统的焙烧法通常指的是绿矾焙烧法，该方法是指硫酸亚铁经过高温煅烧得到氧化铁红。该方法因为产生的SO2和SO3等气体严重污染环境，只应用于小规模生产。此外，还有煅烧铁黄、煅烧铁黑法。孙本良等提出一种利用化工等行业产生废铁泥为原料得到氧化铁红的工艺，该工艺包括筛分、磁选、煅烧等几个过程，其炉尾废气中粉尘通过除尘器收集后一方面可以作为后续产品的原料，另一
纳米材料的制备及合成
纳米材料的合成与制备 (1) 摘要 (1) 关键词 (1) The synthesis and preparation of nanomaterials (1) Abstract (1) Keywords (1) 引言 (1) 1纳米材料的化学制备 (2) 1.1纳米粉体的湿化学法制备 (2) 1.2纳米粉体的化学气相法制备 (2) 1.2.1气体冷凝法 (3) 1.2.2溅射法 (3) 1.2.3真空蒸镀法 (4) 1.2.4等离子体方法 (4) 1.2.5激光诱导化学气相沉积法(LICVD) (4) 1.2.6爆炸丝方法 (5) 1.2.7燃烧合成法 (5) 1.3纳米薄膜的化学法制备 (5) 1.4纳米单相及复相材料的制备 (6) 2纳米材料的物理法制备 (7) 2.1纳米粉体(固体)的惰性气体冷凝法制备 (7) 2.2纳米粉体的高能机械球磨法制备 (7)
2.3纳米晶体非晶晶化方法制备 (8) 2.4深度塑性变形法制备纳米晶体 (9) 2.5纳米薄膜的低能团簇束沉积方法(LEBCD)制备 (9) 2.6纳米薄膜物理气相沉积技术 (9) 3纳米材料的应用展望 (10) 4 总结 (11) 参考文献 (12)
纳米材料的合成与制备 摘要本文综述了近年来在纳米材料合成与制备领域的一些最新研究进展，包括纳米粉体、块体及薄膜材料的物理与化学方法制备。从纳米材料合成和制备的角度出发,较系统的阐述了纳米材料合成与制备的最新研究进展,包括气相法,液相法及固相法合成与制备纳米材料;并介绍了纳米材料在高科技领域中的应用展望。 关键词纳米材料，合成，制备 The synthesis and preparation of nanomaterials Abstract This paper summarized the recent years in the field of nanometer material synthesis and preparation of some of the latest research progress, including nano powder, bulk and thin film materials preparation physical and chemical methods. From the perspective of nano material synthesis and preparation, systematically expounds the synthesis and the latest progress in the preparation of nanometer materials, including gas phase, liquid phase method and solid phase synthesis and preparation of nano materials; And introduces the application of nanomaterials in the field of high-tech prospects. Keywords nano materials, synthesis, preparation 引言 纳米材料是晶粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶体,由于晶粒细小,使其晶界上的原子数多于晶粒内部的,即产生高浓度晶界,因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能,如强度硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻低热导率等。
纳米材料的制备方法及其研究进展
纳米材料的制备方法及其研究进展纳米材料的制备及其研究进展 摘要:综述了纳米材料的结构、性能及发展历史;介绍了纳米材料的制备方法及最新进展;概述了纳米材料在各方面的应用状况和前景;讨论了目前纳米材料制备中存在的问题。 关键词:纳米材料;结构与性能;制备技术;应用前景;研究进展 1 引言 纳米微粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，微粒具有壳层结构。由于微粒的表面层占很大比重，所以纳米材料实际是晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组合，纳米材料具有大量的界面，晶界原子达15%-50%。 这些特殊的结构使得纳米材料具有独特的体积效应、表面效应，量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，从而使其具有奇异的力学、电学、磁学、热学、光学、化学活性、催化和超导性能等特性，使纳米材料在国防、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值，美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划;日本在10年纳米微粒的制备方法 1 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法。制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。 1.1 物理方法 1.1.1 蒸发冷凝法
又称为物理气相沉积法，是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中骤冷使之凝结。特点:纯度高、结晶组织好、粒度可控;但技术设备要求高。根据加热源的不同有: (1)真空蒸发-冷凝法其原理是在高纯度惰性气氛(Ar,He)下，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。1984年Leiter[2]等首次用惰性气体沉积和原位成型方法，研制成功了Pd、Cu、Fe 等纳米级金属材料。1987 年Siegles[3]采用该法又成功地制备了纳米级TiO2 陶瓷材料。这种方法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点:粒径可控，纯度较高，可制得粒径为5~10nm的微粒。但仅适用于制备低熔点、成分单一的物质，在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时还存在局限性。 (2)激光加热蒸发法是以激光为快速加热源，使气相反应物分子是利用高压气体雾化器将-20~-40OC的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流是以高频线圈为热源，使坩埚是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点:微粒纯度较高，粒度均匀，是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法，同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。目前新开发出的电弧气化法和混合等离子体法有望克服以上缺点。 (6)电子束照射法1995年许并社等人[4]利用高能电子束照射母材，成功地获 得了表面非常洁净的纳米微粒，母材一般选用该金属的氧化物，如用电子束照射 Al2O3 后，表层的Al-O 键被高能电子“切断”，蒸发的Al原子通过瞬间冷凝，形核、长大，形成Al的纳米微粒，但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳 米微粒。 1.1.2 物理粉碎法
纳米铁基材料的制备及其催化降解有害污染物机理的研究
纳米铁基材料的制备及其催化降解有害污染物机理的研究 随着工业的发展,环境污染日益严重,水资源的安全也受到了严重威胁,对水环境污染的控制和处理已成为当前研究热点。基于活性自由基反应的高级氧化技术被广泛应用于水处理领域。 铁基材料稳定性好且廉价易得,作为催化剂应用前景广阔。本文制备了5种不同形貌的纳米氧化铁,研究其催化降解盐酸四环素的过程及机理;利用化学气相沉积法制备了三维结构的Fe@GNS/GF复合材料,并对其结构进行表征,探讨了Fe@GNS/GF复合材料催化降解刚果红和甲基紫的过程。 本论文主要内容如下:（1）采用沉淀法制备了5种不同形貌的纳米氧化铁,分别为片状、棒状、木瓜状、立方状、球状结构。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积分析对5种不同相貌纳米氧化铁进行了表征。 这5种纳米氧化铁尺寸均一、比表面积接近。以盐酸四环素为目标污染物研究其催化活性。 自由基清除实验和ESR分析表明反应过程中羟基自由基和超氧自由基同时发挥氧化作用。研究表明:纳米氧化铁形貌是影响催化活性的关键因素之一。 （2）以棒状纳米Fe2O3为催化剂,在 Fe2O3/H2O2非均相芬顿体系下降解盐酸四环素,并考察了双氧水浓度、催化剂投加量、pH、反应温度对降解过程的影响。分析降解过程中间产物,推断出了盐酸四环素降解途径。 动力学分析和热力学分析表明:降解过程符合二级动力学模型,反应活化能为53.37 kJ/mol。催化剂多次循环使用和铁离子渗出实验表明,催化剂具有良好的稳定性。
纳米氧化铁材料的制备与现代发展.
课题名称MITobj004 姓名 院系 专业班级 指导教师 2009 年10 月01 日
摘要纳米氧化铁的制备方法有沉淀法、固液气相法、水热法、凝胶—溶胶法、共混包埋法、单体聚合法等.。本文通过分析比较各种纳米氧化铁的制备方法, 水热法由于操作简单、粒子可控等优点广泛应用于自分散氧化物的制备研究中。 关键词水热法，沉淀法，固液气相法，比较 前言 定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和对紫外线的屏蔽性，在精细陶瓷、塑料制品、涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景，因此研究纳米氧化铁有着很重要的意义。由于纳米氧化铁具有如此多的优点及其广泛的应用前景，近年来国内外研究者对其制备和应用投入了大量的研究工作。本文综述了纳米氧化铁制备方法的一些研究进展，分析了当前急需解决的问题，并对今后发展做了展望。重点介绍了水热法制备纳米氧化铁材料，以及在铁离子浓度、PH值、水解时间分别不同的情况下的水解程度。【1】 文献综述 国内外研究现状： 我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，科院上海硅酸盐研究所、南京大学、科院固体物理所、科院金属所、物理所、国科技大学、清华大学和科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的坚力量。【2】 近年来美国纳米技术研究与产品开发发展迅速。如医学领域的纳米医药机器人、纳米定向药物载体、纳米在基因工程蛋白质合成中的应用，微电子及信息技术领域的导电聚合物在信息技术的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感器，化工领域的利用纳米材料提高催化剂的效能等，都取得了很大进展。 日本科学家在2003年12月发现，当温度降到极端低时，非常接近于一维金属的碳纳米管的电阻急剧增大，变成绝缘体，与普通金属的导电性截然相反。从
纳米材料制备方法综述
纳米材料制备方法综述 摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法 近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD） 在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔
铁基纳米晶合金条带在低频低场下的磁化机制的磁谱研究
铁基纳米晶合金条带在低频低场下的磁化机制的磁谱研究 徐锋覃文彭坤都有为 南京大学固体微结构国家重点实验室南京大学物理学系南京 210093 本文利用磁谱研究了铁基纳米晶合金条带在低频低场下的动态磁化性能对条带厚度的依赖性，从而探讨了其磁化机制。实验结果和基于畴壁振动方程的解释充分一致，证实了被钉扎的畴壁的振动是在低频低场下该种材料的主导的磁化机制。 1 引言 在过去的十年中材料研究工作者已经对纳米晶软磁材料的各种性能进行了广泛而深入的研究[1][2]。在非晶和纳米晶合金条带的各种性能中，动态磁化性能吸引了部分材料研究工作者的注意[3][4]。然而，从磁谱上观察到的动态磁化的机制仍然存在着争论。有研究工作者认为被钉扎下的畴壁的振动是低频低场下磁化的主要机制[3]，然而另外一些研究工作者则认为这种典型的德拜型弛豫是由于条带中的转动磁化引起的[4]。 我们尝试通过磁谱来研究典型的铁基纳米晶软磁材料Fe82Nb7B10Cu1的磁化机制，讨论了畴壁钉扎距离对动态磁化性能的影响并且用著名的畴壁运动方程加以证实。 实验 用单辊甩带法制备了厚度为22μm的非晶Fe82Nb7B10Cu1合金条带。利用Labsys TM TG-DSC16以10K/min 的升温速率对其进行了差热分析（DSC）的测量，测量表明该样品的初次晶化温度为767K。 最近的文献中报道了利用不同的甩带条件来调制非晶条带的厚度[5]。我们则结合了广泛用于测量抗腐蚀性能的溶液腐蚀法来调制条带的厚度[6]。选中三条条带，其中的两条在1Mol/L H2SO4溶液中腐蚀不同的时间。条带从溶液中取出之后，用打磨抛光的方法去除被腐蚀氧化的表面层。从而得到的三根条带的厚度分别为22μm, 19.5μm 和15μm。 为了进行磁性测量，将条带绕在一个陶瓷圆环上从而形成螺绕环的环心。所有的样品都首先在真空下673K退火3小时以去除表面和内部应力，然后在798K退火30min形成纳米晶结构。退火后的样品制成螺绕环的形式，用阻抗分析仪HP4284A在1kHz到1MHz的范围测量样品的复数磁导率谱(μ?=μ′-iμ″)。 2 结果 图1中给出了厚度为22μm的样品在不同幅度的交流场下测得的磁导率谱。与曾经报道的结果类似[4]，当外加磁场幅度小于2A/m时，在测量范围内只有一个弛豫峰。当外加磁场幅度增大，样品的弛豫行为变得复杂。从磁谱上可以很明显的看出，外加磁场的幅度和频率都对样品的动态磁化行为有影响。我们可以从最基本的磁化机制对其加以解释，比如畴壁振动（可逆的畴壁位移），磁滞现象（不可逆的畴壁位移），和自旋转动。在测量的频率范围内，非晶和纳米晶合金条带的涡流损耗可以忽略不计[7]。低频下磁导率对磁场幅度的依赖可以通过最基本的磁导率的定义来解释。磁导率被定义为B~H曲线上的斜率。显而易见的是，μ′ ~H曲线应该表现为：在低场下恒定（初始磁导率），然后随着外场的上升而上升（畴壁脱离钉扎位置，畴壁位移开始），然后到达最大值（最大斜率处，渐渐到达饱和区），然后达到饱和后（开始下降），如图2所示。 在低场和低频下，可以不考虑磁滞，因为外加的驱动场不足以使畴壁脱离钉扎。在更高的磁场和低频率下，所有的磁化机制都存在，并且对总的磁化有贡献。当外场的频率上升的时候，有些磁化机制不能够跟上外场的变化，因而在磁谱上表现出一个弛豫现象。只有需要时间很短的磁化机制在高频下才仍然存在。如图1所示，在测量的频率范围和低场下，只有一个弛豫峰的存在。该弛豫
纳米氧化铁制备及改性研究(开题报告)
毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：高盛学号：P1001130908 所在学院：浦江学院 专业：化学工程与工艺 设计(论文)题目：纳米氧化铁制备及改性研究 指导教师：陈洪龄教授 2017 年3月2日
开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一．课题背景及研究意义 纳米技术（nanotechnology）[1]是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。常常会表现出与其块状材料迥异的光、电、磁等物理特性及独特的化学性质，这就产生了四个方面的效应：小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应及量子尺寸效应。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。 氧化铁可用于油漆、橡胶、塑料、建筑等的着色，是无机颜料，在涂料工业中用作防锈颜料。用作橡胶、人造大理石、地面水磨石的着色剂，塑料、石棉、人造革、皮革揩光浆等的着色剂和填充剂，精密仪器、光学玻璃的抛光剂及制造磁性材料铁氧体元件的原料等。 二．课题研究方向 1氧化铁纳米颗粒的合成 氧化铁纳米材料由于其独特的超顺磁性质，成为目前生物医学领域应用较为广泛的一类纳米材料，在磁共振成像和肿瘤治疗方面有着很大的优势。合成路线可以分为三种：物理，化学和生物方法。化学方法是生产氧化铁纳米颗粒的最被引用的方法。 1.1氧化铁纳米颗粒合成的物理方法 生产氧化铁纳米颗粒的物理方法是自上而下的方法，这涉及将大颗粒制动成纳米颗粒尺寸。已经报道了生产氧化铁纳米颗粒的不同物理方法，例如粉末和球磨，以及电子束光刻方法。虽然物理方法适合于大规模生产，但是难以控制合成粒子的尺寸。 粉末和球磨法 机械粉末和球磨技术也称为机械化学或机械合金化技术。它利用冲击将微米尺寸的铁前体还原为纳米尺寸。颗粒在围绕其轴线旋转的中空圆柱壳内产生。它被作为研磨介
铁基纳米材料的合成,性能及在环境中的应用
铁基纳米材料的合成，性能及在环境中的应用 摘要：由于纳米级金属材料的特殊性能，人们开始对研究其在环境工程中的应用的研究越来越感兴趣。本文是一篇关于铁的纳米材料环境中的应用的综述文献，它们在水、废水处理以及空气污染控制中的应用。详细讨论了纳米铁基颗粒在环境中的应用，包括去除含氯有机物、重金属及无机物。 关键词：环境应用，纳米颗粒，性能 一引言 米级金属材料是指有着纳米级颗粒和结构，大小范围在在1到100nm的金属。近期的研究表明许多这些材料的性质取决于其在纳米级机制的颗粒大小【1】。此外，纳米材料的结构也同样会导致其物理化学性质新奇重大的变化。例如，磁性材料的强大磁力会发生改变【2】，表面反应和催化性能得以提高【3】，机械强度会增加五倍甚至更多【1】。在结构问题上，纳米颗粒的表明效应极其重要。例如，当从微米颗粒缩小至纳米级范围时，微晶的表面化学会下降，并且会发现它们独特的化学反应。同样，它们巨大而独特的比表面积使得纳米颗粒在宏观尺度产生表面能，因此会影响它们的综合性质。对于3mn左右的特定纳米球形颗粒，大约有50%的原子或电子是在表面，使得其控制综合性质成为可能。因此，表面结构的最优化可能有效提高纳米颗粒的整体行为。 在环境中的应用，铁基纳米材料被证明是清洁受污染土壤和地下水非常有效的工具。由于铁基纳米材料粒径较小，因此其比传统的铁粉活性更高，且可在溶液中分散并很容易直接泵送至污染区。铁元素本身没有毒性效应，考虑到它是地球上含量最丰富的金属之一，当暴露于空气中，铁元素会被氧化成砖红色的氧化铁，当有机污染物如TCA，TCE，PCE或四氯化碳等有机化合物遇到氧化铁时，会被降解成为简单的低毒含碳化合物。此外，氧化的铁可以还原重金属如铅、镍或汞等成为不可溶形式，使其能够锁在土壤中。因此，本文详细阐述详细讨论了纳米铁基材料的制备、性能以及其在环境中的应用。 二在环境中的应用 与微米颗粒相比，由于具有高的比表面积和更多的表面反应点，纳米级铁级颗粒有着更高的反应率。而且，由于它们可以在悬浮液中保持，纳米铁颗粒可以注入进污染的土壤、沉积物和蓄水层中。但由于纳米铁颗粒的聚合性，其很难在悬浮液中稳定存在。Schrick 等认为碳能够有效抑制聚合并纳米铁颗粒的传输性【4】。许多报告显示纳米铁已经被用作补救地下水、土壤和空气的通用材料，不管是在实验室还是在野外规模。同样也有报道称纳米铁可以与多种环境污染物有效反应，包括含氯有机物、重金属以及无机物。可被纳米铁降解的常见环境污染物在表1中有列举。
纳米氧化铁材料
纳米氧化铁材料 班级：材料化学091班姓名：林赚学号：091304101 摘要：氧化铁纳米粒子是一种新型的磁功能材料，被广泛应用于生物、材料以及环境等众 多领域。本文介绍了超顺磁氧化铁纳米粒子的制备方法，比较了各种方法的优缺点；评述了磁性氧化铁纳米粒子在细胞、蛋白质和核酸分离及生物检测中的应用，对多功能复合磁性氧化铁纳米粒子的构建，在生物医学领域中的应用具有的指导意义。 关键词：超顺磁性氧化铁纳米粒子；制备；生物分离；生物检测 1 引言 磁性纳米粒子是近年来发展起来的一种新型材料，因其具有独特的磁学特性，如超顺磁性和高矫顽力，在生物分离和检测领域展现了广阔的应用前景。同时，因磁性氧化铁纳米粒子具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点，在核磁共振成像、靶向药物、酶的固定、免疫测定等生物医学领域表现出潜在的应用前景。但由于其较高的比表面积，强烈的聚集倾向，所以通常对其表面进行修饰，降低粒子的表面，能得到分散性好、多功能的磁性纳米粒子。对磁性纳米粒子的表面进行特定修饰，如果在修饰后的粒子上引入靶向剂、药物分子、抗体、荧光素等多种生物分子，可以改善其分散稳定性和生物相容性，以实现特定的生物医学应用。此外，适当的表面修饰或表面功能化还可以调节磁性纳米粒子表面的反应活性，从而使其应用在细胞分离、蛋白质纯化、核酸分离和生物检测等领域。 2 磁性氧化铁纳米粒子的合成方法 磁性纳米粒子的制备是其应用的基础。目前已发展了多种合成和制备方法，如共沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法和微乳液法等，上述方法均可制备高分散、粒度分布均匀的纳米粒子，并能方便地对其表面进行化学修饰。 在这些合成方法当中，共沉淀法是水相合成氧化铁纳米粒子最常用的方法。该方法制备的磁性纳米颗粒具有粒径小，分散均匀，高度生物相容性等优点，但制得的颗粒存在形状不规则，结晶差等缺点。通过在反应体系中加入柠檬酸，可得到形状规则、分散性好的纳米粒子。利用这种方法合成的磁性纳米材料被广泛应用在生物化学及生物医学等领域。微乳液法制备纳米粒子，产物均匀、单分散，可长期保持稳定，通过控制胶束、结构、极性等，可望从分子规模来控制粒子的大小、结构、特异性等。微乳液合成的磁性纳米粒子仅溶于有机溶剂，其应用受到限制。通常需要在磁性纳米粒子的表面修饰上亲水分子，使其溶于水，从而能应用于生物、医学等领域。 热分解法是有机相合成氧化铁纳米粒子最多也是最稳定的方法。利用热分解法制备的纳米Fe3O4颗粒产物具有好的单分散性，且呈疏水性，可以长期稳定地分散于非极性有机溶
学术周报告--水热法制备纳米氧化铁材料
水热法制备纳米氧化铁材料 摘要：水热水解法制备纳米氧化铁材料，是通过控制一定的温度和酸碱度，使一定浓度的金属铁的水解，生成氧化铁。条件适当可以得到颗粒均匀的多晶态溶胶，其颗粒尺寸在纳米级，对提高气敏材料的灵敏度和稳定性有利。 关键字：水热水解法纳米材料氧化铁制备影响因素 水解反应是中和反应的逆反应，是一个吸热反应。水热法【1】又称为热液法, 是指在特制的密闭反应器(高压釜)中, 采用水溶液作为反应体系, 通过对反应体系加热, 产生一个高温高压的环境, 加速离子反应和促进水解反应, 在水溶液或蒸气流体中制备氧化物, 再经过分离和热处理得到氧化物纳米粒子, 可使一些在常温常压下反应速率很慢的热力学反应在水热条件下实现反应快速化。 纳米材料【2】是指晶粒和晶界等显微结构能够达到纳米级尺度水平的材料，是材料科学的一个重要发展方向。纳米材料由于粒径较小，比表面很大，表面原子数会超过体原子数。因此纳米材料常表现出与本体材料不同的性质，在保持原有物质化学性质的基础上，呈现出热力学上的不稳定性。纳米材料在发光材料、生物材料方面也有重要的应用。 纳米氧化铁是一种多功能材料，在催化、磁介质、医药等方面具有广泛的应用。纳米氧化铁还被广泛应用到生产生活中，被用作颜料和涂料、装饰材料、油墨材料、磁性材料和磁记录材料、
敏感材料等。 实验仪器和试剂 仪器：台式烘箱，721或722型分光光度计，医用高速离心机或800型离心沉淀器，酸度计，多用滴管，20mL具塞锥形瓶，50mL容量瓶，离心试管，5mL吸量器。 试剂：1.0mol/LFeCl3溶液，1.0mol/L盐酸，1.0mol/LEDTA 溶液，1.0mol/L(NH4)2SO4溶液。 实验步骤 1.实验中的玻璃仪器均需严格清洗，先用铬酸洗液洗，再用离子水冲洗干净，然后烘干备用。 2.根据文献及实验时间，本实验选定水解温度为105摄氏度，有兴趣的同学可用95摄氏度，80摄氏度对照。 3.水解时间的影响，需读取6次，绘制A-t图。 4.水解液pH的影响，改变水解液的浓度，分别为1.0,1.5,2.0,2.5,3.0；用分光光度计观察水解pH的影响，绘制pH-t 图。 5.水解液中的三家铁离子浓度的影响，绘制A-t图。 6.沉淀的分解，取上述水解液一份，迅速用冷水冷却，分为二分，一份用高速离心机离心分离，一份加入硫酸铵使溶胶沉淀后用普通离心机离心分离。沉淀用去离子水洗至··无氯离子为止。 7.产品鉴定。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法 一、前言 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。 应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 二、纳米材料的制备方法 （一）、机械法 机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部
纳米材料的湿法合成
论文中英文摘要 作者姓名：孙旭平 论文题目：纳米材料的湿化学合成及新颖结构的自组装构建 作者简介：孙旭平，男，1972年08月出生，2000年09月师从于中国科学院长春应用化学研究所汪尔康研究员，于2006年03月获博士学位。 中文摘要 围绕论文题目“纳米材料的湿化学合成及新颖结构的自组装构建”，我们开展了一系列研究工作。通过湿化学途径，在贵金属纳米粒子及其二维纳米结构和导电聚合物纳米带的合成方面进行了深入研究。同时，利用界面自组装及溶液自组装技术，构建了一些新颖结构。本论文研究工作的主要内容和创新点表现在以下几个方面： (1)首次提出了一步加热法制备多胺化合物保护的贵金属纳米粒子。我们利用多胺化合物(包 括聚电解质和树枝状化合物)作为还原剂和保护剂，直接加热贵金属盐和多胺化合物的混合水溶液，在不加入其它保护剂和还原剂的情况下，一步制备得到了稳定的贵金属金和银的纳米粒子。我们在实验中发现，树枝状化合物聚丙烯亚胺能对反应生成的金纳米粒子的大小及成核和生长动力学进行有效控制。我们还发现，室温下直接混合浓的阳离子聚电解质分支型聚乙烯亚胺和浓的HAuCl4水溶液可得到高浓度的、稳定的胶体金。这种一步合成法操作简单且方便易行，是一种制备多胺化合物保护的贵金属纳米粒子的通用方法；同时，本方法合成的纳米粒子表面带正电荷，可用作加工纳米粒子功能化薄膜的构建单元。 (2)首次提出了一种无表面活性剂的、无模板的、大规模制备导电聚合物聚邻苯二胺纳米带的 新方法。我们通过在室温下直接混合邻苯二胺和HAuCl4水溶液，在没有表面活性剂或“硬模板”存在的条件下，获得了长度为数百微米、宽度为数百纳米、厚度为数十纳米的聚邻苯二胺。纳米带的自发形成可归因于反应中生成的金纳米粒子催化的邻苯二胺的一维定向聚合。本方法方便快速，无需加入表面活性剂或使用“硬模板”，且可用于大规模制备。 此外，我们通过在室温下直接混合AgNO3和邻苯二胺水溶液，也获得了大量的一维纳米结构，并发现其形貌可通过调节实验参数而改变。我们还发现，当溶液pH降低时，这些一维结构将分解成水溶性的低聚体，而如果再次升高pH，这些低聚体又将自组装形成一
纳米氧化铁的制备及应用
纳米氧化铁的制备及其应用 高令博化工与环境生命学部制药工程大连理工大学大连116023 摘要：纳米氧化铁是一种多功能材料。本文综述了纳米氧化铁的各种制备方法，对各种制备方法优缺点进行了分析和比较，详述了纳米氧化铁在磁性材料、透明颜料、生物医学、催化剂等方面的应用，并对其发展前景进行了展望。 关键词：氧化铁；纳米；制备；应用 引言 纳米材料和纳米结构是当今新材料领域中最富活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的组成部分。近几年来，世界各国对金属氧化物纳米粒子进行了广泛研究，并取得了显著成效，其中纳米氧化铁由于具有广阔的应用前景而备受关注。 1 纳米氧化铁的制备 纳米氧化铁的制备方法可分为湿法和干法。湿法主要包括水热法、强迫水解法、凝胶—溶胶法、胶体化学法、微乳液法和化学沉淀法等。干法主要包括：火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法（PCVD）、固相法和激光热分解法等。 1.1 湿法 1.1.1 水热法 水热合成法是指在密闭体系中, 以水为溶剂,在一定温度和水的自生压强下, 使原始混合物进行反应的一种合成方法。1982年，用水热反应制备超微粉引起了国内外的重视。由于反应在高温高压的水溶液中进行，故为一定形式的前驱物溶解—再结晶形成的良好微晶材料提供了适宜的物理化学条件[1-2]。康晓红等[3]采用载铁有机相与水相为反应物，于高压釜内进行水热反萃反应，经后处理后获得的氧化铁粉组成均一、粒度小、结晶完好。景志红等[4]也制备出了菱形、纺锤形和球形等不同形貌的氧化铁纳米颗粒。 水热法制备的粒子纯度高、分散性好、晶型好且大小可控[5].反应在压热釜中进行，设备投资较大，操作费用较高[6]。
纳米氧化铁的制备和表征
纳米氧化铁的制备和表征 北京师范大学化学学院小灰（081015xxxx） 指导教师司书峰 摘要：通过控制pH值，缓慢水解FeCl3合成纳米Fe2O3，对其物相进行XRD和TEM表征，并作气敏性质的测试。XRD和TEM显示制得的粒子为椭球形α-Fe2O3，粒径约为28nm，且分散性好。粒子对乙醇、丙 酮和90#汽油都有响应，且随气体浓度增加，气敏阻值线性降低。 关键词：纳米Fe2O3；XRD；SEM；气敏性质 Preparation and characterization of Iron Oxide Nanoparticles Abstract：Iron oxide nanoparticles were prepared by a solution phase controlled hydrolysis method, and were characterized by XRD and SEM techniques. Its gas-sensitivity was also tested later.XRD and SEM results show that ellipsoidal alpha iron oxide particles with an average particle size of about 28nm were obtained through our method. And these particles show sensitivity to acetone, ethanol and gasoline with a linear dependence on the gas concentration. Key words：Fe2O3Nanoparticles; XRD; SEM; Gas-sensitivity 1.介绍 氧化铁系列化合物，按其价态、晶型和结构之不同可分为(α,β,γ)-Fe2O3、(α,β,γ,δ)- FeOOH、Fe3O4、FeO[1]。随着科学研究的不断深入，纳米氧化铁的优异性能在磁性材料、透明颜料、生物医学、催化剂及其他方面的应用愈来愈受人们的重视和青睐[2]。其催化特性的一个重要应用就是用作气敏材料。Fe2O3的两种变体：α- Fe2O3和γ- Fe2O3都可以作为气敏材料，两者 的气敏性能却有着巨大的差异。γ- Fe2O3属于尖晶石型结构，类似Fe2O4处于亚稳态，在气敏过程中铁离子在Fe3 +和Fe2 +之间相互转化，从而引起材料电导率的变化，其气敏机理主要为体电阻控制型。α- Fe2O3属于刚玉晶型、三角晶系,结构比较稳定其气敏机理为表面控制型[3]。纳米α- Fe2O3表面有配位不饱和的铁原子，可以吸附氧气，并使氧气分子活化，300℃以上可作为催化剂氧化还原性气体。同时表面吸附的氧分子电负性强，它夺取纳米颗粒表面层的电子，使晶粒内部自由电子数目减少，即使材料的电导率降低。当还原性气体通过其表面时，表面上活化的氧气分子与还原性气体反应而释放出电子回到晶粒内部，使材料的电导率增大，即对还原性气体产生响应。纳米氧化铁气敏材料具有选择性好、高温下热稳定性好、对环境湿度的变化不敏感和催化性能较好的优点[4]。虽然通常情况下电阻比常用气敏材料，如SnO2、ZnO大的多，但可通过掺杂予以克服[5]。目前，纳米氧化铁制备方法大体上分为干法和湿法两种。而湿法中的均匀沉淀法由于制备工艺简单，成本低，颗粒均匀而被广泛采用[6]。 2.实验部分 2.1主要仪器 BDX-3000 X射线粉末衍射仪(北京大学仪器厂)；日立S-4800型高分辨场发射扫描电镜；