磁性纳米材料制备
共沉淀制备四氧化三铁纳米磁性材料
共沉淀法制备四氧化三铁纳米磁性材料纳米磁性材料是在20世纪70年代后逐渐产生、发展和壮大起来的一种新型磁性材料。
它不同于常规磁性材料的主要原因是关联于磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等于大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。
纳米磁性材料目前被广泛应用在磁性记忆材料、靶向药物载体、核磁共振造影增强剂及电化学生物传感器等方面。
一、实验目的1.掌握共沉淀法制备纳米磁性材料的基本原理2.掌握纳米磁性材料的表征方法二、实验原理将二价铁盐（Fe2+）和三价铁盐（Fe3+）按一定比例混合，加入沉淀剂（OH—），搅拌反应即得超微磁性Fe3O4粒子，反应式为：Fe2 + + Fe3 + + OH—→Fe (OH) 2 / Fe (OH) 3 (形成共沉淀)Fe (OH) 2 + Fe (OH) 3→FeOOH + Fe3O4(pH ≤7.5)FeOOH + Fe2 +→Fe3O4 + H+(pH ≥9.2)总反应为：Fe2 + + 2Fe3 + + 8OH—→Fe3O4 +4H2O实际制备中还有许多复杂的中间反应和副产物：Fe3O4 + 0.25O2 + 4.5H2O →3Fe (OH) 32Fe3O4 + 0.5O2→3Fe2O3所以实验中二价铁适当过量，即[Fe3+]：[Fe2+]=1.75:1此外，溶液的浓度、nFe2 +/Fe3 +的比值、反应和熟化温度、溶液的pH 值、洗涤方式等均对磁性微粒的粒径、形态、结构及性能有很大影响。
三、实验试剂与仪器试剂： FeCL3。
6 H2O FeSO4.7H2O NaOH十二烷基苯磺酸钠 PH试纸无水乙醇仪器：恒温水浴箱真空干燥箱 FA1604型电子天平激光粒度分布仪电子扫描显微镜 X射线分析仪离心机（强磁磁铁）100ml容量瓶、锥形瓶、烧杯、玻璃棒等玻璃仪器四、实验步骤1．称取13.90g FeSO4.7H2O，用一定的蒸馏水溶解，于100ml的容量瓶中配制Fe2+的溶液，置于65。
共沉淀制备四氧化三铁纳米磁性材料
共沉淀制备四氧化三铁纳米磁性材料
共沉淀法是制备四氧化三铁（Fe3O4）纳米磁性材料的一种常用方法。
该方法具有简单、低成本、易于批量生产等优点，已被广泛应用于制备纳
米尺寸的Fe3O4材料。
制备Fe3O4纳米材料的关键步骤是选择合适的前驱体、调控反应条件
和后续处理方法等。
以下以天然磁铁矿为原料，介绍一种共沉淀制备
Fe3O4纳米磁性材料的方法。
实验所需材料及设备有：天然磁铁矿（Fe3O4）、浓HCl溶液、浓NaOH溶液、无水乙醇、蒸馏水、磁力搅拌器、恒温水浴等。
步骤如下：
1.将一定质量的天然磁铁矿粉末称取到玻璃研钵中；
2.用浓HCl溶液洗涤磁铁矿粉末，去除杂质，并用蒸馏水进行反复洗涤，直至洗涤液呈中性；
3.在磁力搅拌器上加热玻璃研钵中的磁铁矿粉末，加入适量的浓NaOH溶液，调节pH值至8~9；
4.在水浴中保持温度在80~90℃，保持搅拌，反应2~3小时，使反应
充分进行；
5.经过反应得到的沉淀物，使用磁力搅拌器将其沉淀下来；
6.用蒸馏水洗涤Fe3O4沉淀物多次，以去除残余的Na+、OH-等离子；
7.最后用无水乙醇再次洗涤Fe3O4沉淀物，以去除水分，然后将其干燥。
制备得到的Fe3O4纳米磁性材料具有高比表面积和优异的磁性能，可以广泛应用于生物医学、环境净化、储能和数据存储等领域。
此外，通过调节反应条件和后续处理方法，还可以制备出不同形态和尺寸的Fe3O4纳米材料，以满足不同应用领域的需求。
需要注意的是，在实验过程中，要注意操作的安全性，避免浓酸和浓碱的接触，同时严格控制反应条件，保证所得产物的纯度和性能。
纳米磁性材料的制备与性能优化方法
纳米磁性材料的制备与性能优化方法概述：纳米磁性材料是一种具有很高应用潜力的材料，其独特的磁性能使其在信息存储、生物医学、能源等领域展现出广泛的应用前景。
制备高质量的纳米磁性材料并优化其性能是实现这些应用的重要关键。
本文将介绍纳米磁性材料的制备方法，并探讨了性能优化的策略。
一、纳米磁性材料的制备方法1. 化学合成法：化学合成法是制备纳米磁性材料最常用的方法之一。
其中，共沉淀法、热分解法和溶胶凝胶法是常用的制备方法。
在共沉淀法中，通过溶液的共沉淀反应，将金属离子还原成金属粒子，形成纳米尺寸的磁性材料。
热分解法则通过高温下的化学反应使金属有机络合物分解，生成磁性纳米颗粒。
溶胶凝胶法则通过溶胶和凝胶中间相的相互转化，形成纳米尺寸的颗粒。
2. 物理制备法：物理制备方法主要包括溅射法、磁控溅射法、熔融法和机械合金化法。
溅射法利用高速离子轰击固体靶材产生的溅射粒子来形成纳米尺寸的磁性材料。
磁控溅射法则在溅射过程中加入磁场，以控制溅射和成膜过程中的离子行为，进一步优化纳米磁性材料的性能。
熔融法则利用高温使固相反应发生，形成纳米尺寸的磁性材料。
机械合金化法则通过高能球磨使原料粉末发生冶金反应，形成纳米尺寸的磁性材料。
二、纳米磁性材料的性能优化方法1. 形貌调控：通过调控纳米磁性材料的形貌，可以有效优化其性能。
例如，可以通过调控合成方法和条件，控制颗粒的大小、形状和分布，从而影响其磁性能。
此外，还可以利用表面修饰剂对纳米颗粒进行表面修饰，如包覆一层稳定剂或功能化分子，增强其磁性能、稳定性以及生物相容性等特性。
2. 结构调控：纳米磁性材料的晶体结构对其磁性能具有重要影响。
可以通过控制合成条件和添加适当的合金元素来调控晶格结构，从而优化其磁性能。
此外，还可以通过结构调控来调整纳米磁性材料的饱和磁化强度、居里温度和磁晶各项差等性能指标。
3. 磁场处理：磁场处理是一种常用且有效的优化纳米磁性材料性能的方法。
通过对纳米材料施加外加磁场，并在特定磁场条件下进行退火和磁化处理，可以有效地调控纳米磁性材料的结晶度、晶体尺寸和磁畴结构等参数，从而优化其磁性能。
磁性纳米颗粒实验报告
一、实验目的1. 掌握磁性纳米颗粒的制备方法。
2. 研究磁性纳米颗粒的物理化学性质。
3. 对制备的磁性纳米颗粒进行表征。
二、实验原理磁性纳米颗粒是指粒径在1-100nm范围内的磁性材料，具有独特的物理化学性质。
本实验采用共沉淀法制备Fe3O4纳米颗粒，通过调节反应条件，得到具有超顺磁性的纳米颗粒。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、NaOH、柠檬酸、聚乙二醇（PEG）、蒸馏水等。
2. 实验仪器：电热恒温鼓风干燥箱、电子天平、磁力搅拌器、超声波清洗器、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、振动样品磁强计（VSM）等。
四、实验步骤1. 制备Fe3O4纳米颗粒（1）将一定量的FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O溶解于蒸馏水中，配制成一定浓度的溶液。
（2）将溶液转移至三口烧瓶中，加热至80℃，加入适量的NaOH溶液，控制pH值在8.0-9.0之间。
（3）继续搅拌30min，使反应充分进行。
（4）将反应后的溶液转移至离心管中，离心分离，洗涤沉淀物，干燥后得到Fe3O4纳米颗粒。
2. 制备PEG羧基包裹的Fe3O4纳米颗粒（1）将一定量的PEG羧基和Fe3O4纳米颗粒加入三口烧瓶中，加入适量蒸馏水。
（2）加热至80℃，搅拌30min，使PEG羧基与Fe3O4纳米颗粒充分反应。
（3）反应结束后，将溶液转移至离心管中，离心分离，洗涤沉淀物，干燥后得到PEG羧基包裹的Fe3O4纳米颗粒。
3. 磁性纳米颗粒表征（1）FTIR分析：对Fe3O4纳米颗粒和PEG羧基包裹的Fe3O4纳米颗粒进行FTIR分析，确定化学键的变化。
（2）SEM分析：观察Fe3O4纳米颗粒的形貌和尺寸。
（3）TEM分析：观察Fe3O4纳米颗粒的晶体结构和尺寸。
（4）VSM分析：测定Fe3O4纳米颗粒的磁性能。
五、实验结果与分析1. FTIR分析：Fe3O4纳米颗粒和PEG羧基包裹的Fe3O4纳米颗粒的FTIR图谱显示，在3400cm-1处出现了O-H伸缩振动峰，说明PEG羧基成功包裹在Fe3O4纳米颗粒表面。
磁性纳米材料的制备与应用发展趋势
化 法是在 非晶基 础上通 过退火的热处 理 方式 实现纳 米晶化 的一种 方法 ； 高 能球磨 法 是在 高能球 磨 机 中 ， 几 十 将
微 米 的磁 性 材 料粗 颗 粒 通 过 与 研磨
以从 复杂 的生 物 体 系 中分 离 到 目标 生 物 分 子 （ 蛋 白、 酸 等 ） 具 有磁 如 核 ，
性分 离 方便 、 和吸 附 的特异 性及 敏 亲 感性 高等众 多优点 。
（） 共 振 成 像 对 比 剂 ２ 磁
液 中的金属 阳离子直接 与沉淀剂发生
化学反 应而形 成沉淀 物 ； 均匀沉 淀法 是在金属盐溶 液 中加入沉 淀剂溶液 时
球 、 磨罐及颗粒 之问 的频繁 碰撞 ， 研 使 这 些微米 的固体颗粒 发生反复地被挤
祖 先就 开始 利 用磁 性材 料 ， 且制 造 并
出 ４ 发 明之 一 的指 南 针 ， 于 军 事 大 用 和航 海 。 因此 ， 磁性物 质的研究 是一个 古 老 而重要 的领 域 ， 是 工业 应用 方 也 面广 泛研究 的课题 。 纳米材料 与常规粗 晶材料 具有很 大性质上 的不 同， 除了具有普通材料 的
压、 变形 、 断裂 、 合等 强 烈的塑 性变 焊 形， 磁性 材料 颗粒 表 面的 缺陷 密度增 加， 晶粒逐渐细化 ， 至形成纳米级磁 直 性 颗粒 。 球磨法工 艺操作简 单 ， 成本 也 较低 ， 使用 该法 制备 的磁 性 纳米 材 但
磁 性 纳 米 材 料 的 制备 与应 用发 展 趋 势
■ 文／ 红 轩 任
国家纳米科学 中心
磁性物质 的应用 可以一直追溯 到 中国古 代 ， 早在 公 元前 ４ 纪 ， 世 我们 的
Magneticnanoparticles磁性纳米粒子
Magneticnanoparticles磁性纳米粒子磁性纳米粒子（Magnetic Nanoparticles）是一种具有特殊物理和化学性质的纳米材料，具有广泛的应用前景。
本文将介绍磁性纳米粒子的制备方法、表征手段以及在生物医学、环境治理和能源等领域的应用。
1. 制备方法磁性纳米粒子的制备方法多种多样，常见的包括物理合成、化学合成和生物合成等。
物理合成方法包括热分解、溶胶-凝胶法和磁控溅射等，可以通过调节反应条件来控制粒子的尺寸和形貌。
化学合成方法主要通过溶液反应来合成纳米粒子，常见的包括共沉淀法、热分解法和水热法等。
生物合成方法则利用生物体内的酶、植物提取物等来合成纳米粒子，具有环境友好性和可再生性。
2. 表征手段对磁性纳米粒子的表征主要包括形貌结构、晶体结构、磁性能和表面性质等方面。
形貌结构可以通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等观察到，可以了解粒子的形态、尺寸和分布情况。
晶体结构常常通过X射线衍射（XRD）来进行分析，可以确定晶体相和晶格参数。
磁性能可以通过振动样品磁强计（VSM）等仪器来测试，可以获得粒子的矫顽力、饱和磁化强度和磁导率等参数。
表面性质则常常通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等技术来研究，可以了解粒子表面的化学组成和功能基团等信息。
3. 生物医学应用磁性纳米粒子在生物医学领域具有广泛的应用前景。
一方面，磁性纳米粒子可以作为纳米载体，用于药物传递和基因传递等方面。
通过表面修饰可以增加纳米粒子与生物体内靶标的亲和性，实现靶向输送药物和基因，提高药物的疗效和减少副作用。
另一方面，磁性纳米粒子还可用于磁共振成像（MRI）和磁热疗法等诊断和治疗方面。
通过控制纳米粒子的磁性能和形貌，可以实现对肿瘤等异常组织的定位和治疗。
4. 环境治理应用磁性纳米粒子还可以在环境治理领域发挥重要作用。
一方面，磁性纳米粒子可以用于水处理和废水处理等方面。
通过表面修饰可以增加纳米粒子与污染物的亲和性，实现对重金属离子和有机污染物的吸附和去除。
磁性纳米复合材料的制备及其应用研究
磁性纳米复合材料的制备及其应用研究近年来，纳米复合材料因其独特的性质和广泛的应用前景得到了越来越多的关注。
尤其是磁性纳米复合材料，因其具备磁性和纳米晶体两种特殊性质，已被广泛应用于医学、环保、电子、能源和生物领域等方面。
本文将介绍磁性纳米复合材料的制备方法和其在各个领域中的应用研究。
磁性纳米复合材料的制备方法磁性纳米复合材料的制备方法主要包括物理法和化学法两种。
物理法包括溅射法、电化学沉积法、磁控溅射法等，其中最常用的是磁控溅射法。
这种方法利用高能量离子轰击靶材，将靶材中的原子或分子释放出来，并在基底上形成纳米颗粒。
通过控制制备过程中的工艺参数，如离子束能量、靶材组成、沉积时间等，可以控制纳米颗粒的大小、形状和分散性。
该方法制备出的磁性纳米复合材料具有高精度、高可控性和优异的尺寸控制效果，但由于需要高能量离子轰击靶材，因此制备成本较高。
化学法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、聚合物复合法等，其中最常用的是共沉淀法。
这种方法通过将化学试剂在溶液中混合反应，形成纳米颗粒。
通过控制反应条件，如温度、pH值、反应时间等，可以控制纳米颗粒的大小、形状和分散性。
该方法制备出的磁性纳米复合材料具有低成本、规模化生产和较好的可控性，但易受到反应条件的影响，制备难度较大。
磁性纳米复合材料的应用研究磁性纳米复合材料在医学领域中有着广泛的应用。
例如，磁性纳米复合材料可以作为MRI（磁共振成像）对比剂，提高成像的对比度，从而更精确地诊断疾病。
此外，通过将磁性纳米复合材料与药物分子结合，可以制备出具有定向、可控释放的靶向药物传递系统，从而提高药物的效果、减少副作用。
磁性纳米复合材料在环保领域中也有着广泛的应用。
例如，磁性纳米复合材料可以用来吸附重金属离子，在废水处理中发挥重要作用。
此外，磁性纳米复合材料还可以用来吸附有机污染物，如苯、甲苯等，解决城市空气污染。
磁性纳米复合材料在电子领域中也有不少应用。
例如，磁性纳米复合材料可以用来制备高密度磁盘、磁性条形媒体等。
Fe3O4磁性纳米材料的制备、粒径调控及表征
２０１９年３月西部皮革化工与材料１㊀Ｆｅ３Ｏ４磁性纳米材料的制备㊁粒径调控及表征王宝玲ꎬ胡忠苇ꎬ田晴晴ꎬ陈余盛基金项目:国家级大学生创新创业训练计划项目(２０１７１０４５２０１１)作者简介:王宝玲(１９９７.１１－)ꎬ女ꎬ汉族ꎬ山东省潍坊人ꎬ本科学生ꎬ临沂大学化学化工学院应用化学专业ꎬ研究方向:磁性纳米材料ꎮ(临沂大学ꎬ山东临沂２７６０００)摘㊀要:本文以三氯化铁为铁源㊁醋酸钠为沉淀剂㊁柠檬酸钠为稳定剂㊁乙二醇为反应溶剂ꎬ通过溶剂热法制备磁性四氧化三铁纳米材料ꎮ透射电子显微镜(ＴＥＭ)㊁Ｘ射线衍射仪(ＸＲＤ)用于表征纳米材料的尺寸㊁结构及形貌ꎮ通过改变反应中柠檬酸钠㊁醋酸钠的用量ꎬ制备得到一系列粒径可控的四氧化三铁纳米材料ꎮ关键词:四氧化三铁ꎻ磁性ꎻ溶剂热法ꎻ表征中图分类号:ＴＱ１３９.２㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１－１６０２(２０１９)０６－０００１－０１１㊀前言四氧化三铁(Ｆｅ３Ｏ４)纳米材料具有优良的磁学性能ꎬ在磁共振成像㊁磁热疗㊁靶向载药等领域具有广泛的应用前景ꎮ[１]磁共振成像(ＭＲＩ)可以对内脏器官和软组织无损伤快速检测ꎬ是目前恶性肿瘤最为有效的临床诊断方法之一ꎮ[２]Ｆｅ３Ｏ４在ＭＲＩ检测中表现出负增强效果而广泛地用作磁共振成像造影剂ꎮ[２]Ｆｅ３Ｏ４磁共振成像检测效果与纳米材料的尺寸㊁分散性等密切相关ꎮ合成具有良好分散性㊁尺寸可控的四氧化三铁纳米材料对其应用具有重要的研究意义ꎮ目前ꎬ人们开发了大量的合成方法包括共沉淀法㊁微乳液发㊁溶剂热法等制备Ｆｅ３Ｏ４磁性纳米材料ꎮ[３－５]李亚栋课题组最早报道了通过溶剂热法制备磁性纳米材料的方法ꎬ他们以ＦｅＣｌ３为铁源㊁乙二醇为溶剂㊁聚乙二醇㊁醋酸钠为稳定剂合成出磁性纳米材料ꎮ[４]本文以改进的溶剂热法制备磁性Ｆｅ３Ｏ４纳米材料ꎬＴＥＭ㊁ＸＲＤ用于表征纳米材料的尺寸㊁结构及形貌ꎮ通过改变反应中柠檬酸钠㊁醋酸钠的用量ꎬ制备得到一系列粒径可控的四氧化三铁纳米材料ꎮ２㊀实验部分２.１㊀药品试剂六水三氯化铁(分析纯)㊁无水醋酸钠(分析纯)㊁柠檬酸钠(分析纯)㊁乙二醇(分析纯)㊁乙醇(分析纯)购于国药集团化学试剂有限公司ꎮ２.２㊀测试仪器透射电子显微镜(ＪＥＭ２１００ꎬＪＥＯＬ)ꎬＸ射线衍射仪(ＢｒｕｋｅｒＤ８ＸＲＤ).２.３㊀实验步骤称取０.６５ｇ六水三氯化铁加入锥形瓶ꎬ加入２０ｍｌ乙二醇ꎬ超声溶解ꎬ依次加入１.２ｇ无水乙酸钠㊁０.１ｇ柠檬酸钠ꎬ搅拌３０分钟ꎮ将混合液转移到反应釜中ꎬ２００ħ下反应１０小时ꎮ反应结束后ꎬ产物纯化干燥备用ꎮ３㊀结果与讨论我们通过ＴＥＭ对制备的Ｆｅ３Ｏ４进行表征ꎮ从ＴＥＭ照片可以看出制备的Ｆｅ３Ｏ４为球形结构的ꎬ平均粒径为２５５ｎｍꎮ制备得到Ｆｅ３Ｏ４的纳米材料ＸＲＤ图ꎬ出现的衍射峰位与ＪＣＰＤＳ中Ｆｅ３Ｏ４衍射峰位相一致ꎬ说明制备得到磁性纳米粒子是反尖晶石型的Ｆｅ３Ｏ４ꎮ[４]在实验中ꎬ其于条件不变改变柠檬酸钠的量制备Ｆｅ３Ｏ４ꎮ当柠檬酸钠的量为０.３ｇ时ꎬ纳米材料平均尺寸为１８８ｎｍꎬ当柠檬酸钠的量为０.５ｇ时ꎬ纳米材料平均尺寸为１４５ｎｍꎮ柠檬酸钠为零时ꎬＦｅ３Ｏ４粒径为３１０ｎｍꎮ柠檬酸钠对控制粒径尺寸起到重要的作用ꎬ增加柠檬酸钠可以有效降低Ｆｅ３Ｏ４的粒径尺寸ꎮ醋酸钠对制备Ｆｅ３Ｏ４起到决定的作用ꎮ在没有醋酸钠存在的条件下ꎬ无法形成Ｆｅ３Ｏ４纳米粒子ꎬ在加入醋酸钠的条件下可以形成磁性四氧化三铁纳米粒子ꎮ醋酸钠的加入量对粒径有一定影响ꎬ０.６ｇ醋酸钠条件下制备的Ｆｅ３Ｏ４平均粒径３２０ｎｍꎬ２.４ｇ醋酸钠条件下制备的Ｆｅ３Ｏ４平均粒径２９０ｎｍ.４㊀结论本文以三氯化铁为铁源㊁醋酸钠为沉淀剂㊁柠檬酸钠为稳定剂㊁乙二醇为反应溶剂ꎬ通过溶剂热法制备磁性Ｆｅ３Ｏ４纳米材料ꎬ通过改变反应中柠檬酸钠㊁醋酸钠的用量ꎬ制备得到一系列粒径可控的Ｆｅ３Ｏ４纳米材料ꎮＴＥＭ㊁ＸＲＤ用于表征纳米材料的结构及形貌ꎮ本文为磁性纳米材料的制备与应用提供良好的实验参考ꎮ参考文献:[１]㊀ＬｕＡ.－Ｈ.ＳａｌａｂａｓＥ.Ｌ.ＳｃｈüｔｈＦ.ＭａｇｎｅｔｉｃＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ:ＳｙｎｔｈｅｓｉｓꎬＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎꎬａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].Ａｎｇｅｗ.Ｃｈｅｍ.Ｉｎｔ.Ｅｄ.２００７ꎬ４６ꎬ１２２２.[２]㊀ＱｉａｏＲ.ＹａｎｇＣ.ＧａｏＭ.ＳｕｐｅｒｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃＩｒｏｎＯｘｉｄｅＮａｎｏｐ￣ａｒｔｉｃｌｅｓ:ｆｒｏｍＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓｔｏｉｎＶｉｖｏＭＲＩＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｊ.Ｍａｔｅｒ.Ｃｈｅｍ.２００９ꎬ１９ꎬ６２７４.[３]㊀ＪｅｏｎｇＵ.ＴｅｎｇＸ.ＷａｎｇＹ.ＹａｎｇＨ.ＸｉａＹ.Ｓｕｐｅｒｐａｒａｍａｇ￣ｎｅｔｉｃＣｏｌｌｏｉｄｓ:ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＮｉｃｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ａｄｖ.Ｍａｔｅｒ.２００７ꎬ１９ꎬ３３.[４]㊀ＤｅｎｇＨ.ＬｉＸ.ＰｅｎｇＱ.ＷａｎｇＸ.ＣｈｅｎＪ.ＬｉＹ.Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒ￣ｓｅｍａｇｎｅｔｉｃｓｉｎｇｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌｆｅｒｒｉｔｅｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ[Ｊ].Ａｎｇｅｗ.Ｃｈｅｍ.Ｉｎｔ.Ｅｄ.２００５ꎬ４４ꎬ２７８２.。
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合肥学院
Hefei University
化学与材料工程系
题目：磁性纳米材料的合成
班级：13化工（3）班
组员：赵康智、蒋背背、朱英维、高宗强、
1303023045、1303023004、1303023039、学号：
1303023036、13030230
摘要
磁性纳米材料由于具有表面效应、量子尺寸效应,以及超顺磁性等优异的特性,引起了世界各国研究工作者的高度重视。
磁性纳米材料的性能与其组成、结构及纳米粒子的稳定性密切相关,因此制备粒径均匀,组成、结构稳定的纳米粒子是其应用的关键。
关键词: 磁性纳米材料;化学合成
正文
一、磁性纳米材料的性能
磁性纳米材料具有纳米材料所共有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。
同时由于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级,如磁单畴尺寸、超顺磁性临界尺寸、交换作用长度、以及电子平均自由路程等。
当磁性材料结构尺寸与这些特征物理长度相当时,就会呈现反常的磁学性质,从而体现出与块体材料和原子团簇不同的特性。
磁性纳米材料主要的磁特性可归纳如下:（1）饱和磁化强度；（2）矫顽力；（3）单磁畴结构；（4）居里温度；（5）超顺磁性。
二、磁性纳米材料的合成制备方法
当粒子尺寸减小到纳米量级时,颗粒的尺寸、形貌和晶体结构都会影响材料的性能和应用。
而能够制备出尺寸、形貌和晶体结构可控的磁性金属纳米颗粒一直是人们研究的重点和难题。
因此,探索通过简单的方法制备出满足应用需要的,尺寸、形貌及晶体结构可控的金属磁性纳米材料对推动纳米科技的发展的具有重要意义。
常用的制备磁性金属纳米粒子的方法主要包括:溅射法、机械研磨法和化学合成方法。
机械研磨法往往需要要高纯度的金属原材料,并消耗大量能量用于均匀化反应物,反应时间长,而且易引入杂质,所得晶粒不够完整,分散性不够好。
同时,为弥补金溅射法属在熔化过程中的挥发损失,往往需要过量的稀土元素。
化学方法在制备金属磁性纳米材料方面却能够有效减少成本,反应物易于均匀化,反应过程易于操作,且显著降低了反应所需温度。
另外,化学合成法在控制产物组成和颗粒尺寸方面也具有一定的优越性。
因此,化学合成法成为合成纳米材料的重要方法。
制备磁性纳米颗粒的化学合成方法主要有溶胶凝胶法、水热法和共沉淀法。
2.1溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是制备磁性纳米颗粒的一种较为重要的化学方法。
其主要步骤是选样制备金属化合物,然后在适当的溶液中将化合物溶解,经过溶胶、凝胶过程而固化,再经低温处理得到纳米粒子。
该方法具有反应物种类多、各组分混合均匀性好、起始物质反应活性高、合成温度低、过程易控制等优点。
用针铁矿和碳酸钡为原材料,添加柠檬酸、乙烯乙二醇经溶胶凝胶过程制备出平均粒径22nm的尖晶石结构钡铁氧体(如下图)。
但该法必须进行后处理才能得到纳米粒子,而在后处理过程中不可避免地会使材料发生凝结,且该方法也不适用于对水敏感的起始原料的纳米材料的制备。
2.2水热法
水热法是指在密闭反应容器(高压釜)中,以水为介质,通过加热创造一个温度从100~400℃,压力从大于0.1MPa直至几十到几百MPa的高温高压反应环境,使物料在反应系统中充分溶解,形成原子或分子生长基元,进而成核结晶的方法。
水热法是目前进行纳米材料合成和应用研究比较常用的方法之一,其主要有如下优点:（1）反应是在高温高压条件下进行,可能实现在常温常压下不能进行的反应;（2）改变反应条件（原料配比、浓度、PH值、温度、时间等）,可以得到具有不同晶体结构、组成、形貌和粒径大小的产物;（1）产物为晶态,无需锻烧晶化,可以减少在锻烧过程中难以避免的团聚现象。
但水热法也存在原料纯度要求高、
成本较高,反应中需要用到高压釜,工艺复杂等缺点。
2.3共沉淀法
化学共沉淀法是是指在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中加入适当沉淀剂(如OH-、CO32-、C2O4-等),将金属离子均匀沉淀或结晶出来,再经过滤、洗涤、干燥、锻烧和热分解而得到铁氧体纳米粉体材料的方法。
共沉淀法按其沉淀剂的不同可分为氢氧化物、碳酸盐和草酸盐等若干方法。
按反应初始铁离子的价态不同又可分为2类,一类是以Fe3+和其他二价金属离子为初始反应离子制备铁酸盐,另一类是以Fe2+和其他二价金属离子为初始反应离子,通过氧化将Fe2+氧化成Fe3+,进而形成铁氧体。
化学共沉淀法制备纳米微粉具有工艺简单、经济、易于工业化、产品纯度较高、反应温度低、颗粒均匀、粒径小、分散性好等有点。
控制颗粒尺寸是研究纳米颗粒制备方法一个重要方面。
许多研究者都用化学共沉淀法制得大量不同尺寸的磁性纳米颗粒。
Radwan等用共沉淀煅烧法,在添加表面活性剂，Fe3+/Ba2+为8,煅烧温度800O C为时制得粒径为113nm,Ms为50.0emu/g,Hc 为4580Oe的六角形钡铁氧体。
文献用共沉淀法,在Fe3+/Ba2+为11时制得粒径为50-100nm的BaFe12O19颗粒。
工艺路线如下：
三、磁性纳米材料合成意义及进展
磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。
在机械，电子，光学，磁学，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。
对磁性纳米颗粒的化学制备技术的研究已有多年,人们在这一领域已取得了丰硕的成果,但是人们的认识水平还没有达到对磁性纳米材料的合成实现人为控制的境界,并且仍有许多理论和实践问题有待研究。
存在的问题主要有:（1）对各种软、硬磁纳米颗粒(如过渡族金属Fe、Co、Ni及其合金、BaFe12O19等铁氧体纳米材料)的生成机理的研究尚未成熟。
纳米颗粒的形成过程复杂,涉及到化学反应、晶体成核、晶体生长等多个过程。
尽管目前提出的一些理论和假设成功解释了一些问题和现象,但是还未形成成熟的理论进一步有效控制纳米颗粒的形态;（2）对制备过程中具体影响软、硬磁纳米颗粒尺寸和形貌的因素的研究尚未成熟,相对复杂的制备工艺和控制设备尚需进一步探索研究。