磁性油墨中纳米氧化铁讲义的制备
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纳米尺寸（10-9～10-7）范围内认识和改造自然，通过直接和安排原子，分子创造新物质，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-）Fe2O3﹑Fe3O4﹑FeO 和（α-﹑β-﹑γ-）FeOOH.按色泽又可以分为，红﹑黄﹑橙﹑棕﹑黑。
较具实用价值的有，α- Fe2O 3﹑β- Fe2O3﹑α- FeOOH﹑Fe3O4等。
1.1.2 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。
纳米Fe3O4的制备及在油墨中的应用研究
科研应用纳米Fe 3O 4的制备及在油墨中的应用研究杨勃（湖南工业大学湖南·株洲412007）中图分类号：O614.81文献标识码：ADOI ：10.16871/ki.kjwhb.2016.05.080作者简介：杨勃（1994—），就读于湖南工业大学印刷工程专业。
摘要磁性防伪油墨是一种新型防伪技术，其防伪技术的核心是磁性材料。
Fe 3O 4是目前最常使用的磁性材料。
本文采用共沉淀法，利用硫酸亚铁为单一铁源，以醋酸钠作静电保护剂，在一定条件下成功制备了形貌基本均一、平均粒径为100nm 的棒状Fe 3O 4。
然后利用实验室自制的Fe 3O 4纳米材料作为磁性防伪材料和颜料，配以一定比例的连接料和助剂，制备出了磁性能良好防伪油墨，其细度均匀、墨色浓厚，流动性能良好，适于印刷。
关键词纳米Fe 3O 4磁性油墨共沉淀法磁性能印刷适性Research on the Preparation of Nano Fe 3O 4and Its Appli 原cation to Painting Ink //Yang BoAbstract Magnetic anti-counterfeiting ink is a new anti-coun-terfeiting technique,whose core is magnetic materials.Fe 3O 4is the most commonly used magnetic material at present.Through co-precipitation method,with ferrous sulfate as the single source of iron and sodium acetate as the static protection agent,rod-like Fe 3O 4,with generally average appearance and an average diame-ter of 100nm,is prepared under certain conditions.Then with laboratory made Fe 3O 4nano material as the magnetic anti-coun-terfeiting material and pigment,supplemented by a certain pro-portion of binder and auxiliary,anti-counterfeiting painting ink with good magnetic property is prepared,and it is well suitable for printing with its average size,ink density and good flowability.Key words nano Fe 3O 4;magnetic painting ink;co-precipitation method;magnetic property;printability1引言当今社会假冒伪劣产品充斥市场，各种防伪技术层出不穷。
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]。
该法多以FeCl3或Fe(NO3)3为原料，在HCl 或HNO3存在下，在沸腾密闭静态或沸腾回流动态环境下进行强迫水解制备纳米氧化铁超细粒子[7]。
制备过程中加一些晶体助长剂（如NaH2PO4），可降低水解沉淀和结晶生长速度，粒子生长完整、均匀。
纳米氧化铁的制备和表征.
XRD图谱分析
Scherrer公式d = Kλ/( B1/2cosθ)再结合XRD图谱 计算出Fe2O3粉末的平均粒子大小 。 经过计算得到-Fe2O3纳米颗粒的晶粒直径为 27nm 。
SEM图
a) b)
（a）显示样品的颗粒呈纺锤形,长度约300～400nm, 中心直径约60～70 nm,长径比约为5 ； 在样品中，还存在一些平均直径在15～20nm的球形小颗粒，且其它大部分小组做出的结 果大多为此种情况 如（b） 图，为球形颗粒，平均直径约20～60nm
纳米氧化铁 的制备和表征
实验组员：刘珵、刘淼 指导老师：司峰老师
汇报主要内容
氧化铁类型的简单介绍 几种制备方法的介绍 实验结果与讨论 实验方法讨论
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、 晶型和结构的不同可分为（α -，β -，γ -）Fe2O3、Fe3O4、FeO 和（α -， β -，γ -，δ -）FeOOH，按色泽的不同又可分为红、黄、橙、棕、黑等。
Vout ＝ [Vc/(R+R1)]*R1， 气敏电阻 R ＝ [Vc*R1/Vout]-R1
气敏性能检测 结果（1）
乙醇
气敏性能检测 结果（2）
丙酮
实验结果
X-射线衍射分析（XRD）：八个特征峰证明产物 中存在-Fe2O3，并且通过计算得到其粒径为 27nm。 电子扫描电镜图（SEM）：得到晶体的形貌表征 图，既可以直接观察晶型又可以得到粒径的实测 大小20-60nm，和计算相差不大。 气敏测试： -Fe2O3纳米颗粒做成的气敏元件对 气体浓度的敏感程度可以达到微升级，通过其电 阻的变化的计算可以定量的估计其气敏性能强弱。
实验方法讨论
优点： 实验操作简单，设备简易 实验成功率大 所得产物均匀性较好，尺寸小，气敏测验效 果好 不足： 水解浓度较低，因此能耗较高 实验存在很大的不确定性，结果如何很大部 分是由实验操作者自身因素决定。比如加热升温 时候控制升温速度，氨水漂洗滴加氨水的量等。 反应的不确定性大。使得制得的最终产物 不纯，混杂有别的晶型的氧化铁。 对温度要求高。慢速升温，高温焙烤。
纳米氧化铁的制备和物象表征
实验十九纳米氧化铁的制备和物相表征（~25学时）一、实验目的和要求1．初步了解纳米材料的概念和特点。
2．掌握纳米材料的制备过程。
3．学会利用X－射线粉末衍射和电子透镜技术表征纳米材料。
4．掌握化学论文的撰写格式及各部分的要点。
二、实验原理实验过程包括两个部分：样品的制备和样品的表征铁的氯化物、硝酸盐等在pH值很小的情况下就开始水解。
水解所形成的胶体是多种水解产物的混合体。
[Fe(OH)(H2O)2]2+、[Fe(OH)2H2O]1+、Fe(OH)3, FeO(OH)等化合物所占比例的多少受pH值和温度的影响。
pH >3，温度超过70︒C。
水解产物基本上以FeO(OH)的形式存在。
至于是以α型还是β型以及颗粒的大小与温度的高低和反应时间的长短有关。
纳米氧化铁的制备利用了铁盐易水解的性质。
颗粒的种类和大小决定于晶种的多少和水解速度的快慢。
直截一点，就是对pH值和温度十分敏感。
本实验采用酸化的[Fe(H2O)6]Cl3溶液，加热溶液，HCl气体挥发，溶液的pH值缓慢升高，在尽可能低的pH值下产生少量的晶核，控制温度和时间，就会得到一定粒径的均匀的纳米颗粒。
样品物象的表征包括形貌、粒度和晶相三个方面。
物相分析一般使用X－射线粉末衍射仪（XRD）和电子显微镜。
形貌和粒度可通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）直接观测到粒子的大小和形状。
但由于电镜只能观测局部区域，可能产生较大的统计误差。
晶粒（注意粒子的大小和晶粒的大小不是一个概念，在多数情况下纳米粒子是由多个完美排列的晶粒组成的）的晶相和大小，虽然也可通过更强的场发射透镜（HRTEM）得到，但是机器昂贵、操作复杂，所以实验室一般使用X－射线粉末衍射仪。
下面就简单介绍两种大型分析仪器：XRD和TEM。
纳米氧化铁是一种电阻较大的半导体，它的表面可以吸附氧气，并使氧气分子活化，在300︒C以上可作为催化剂催化氧化可燃性气体。
表面吸附的氧气分子的电负性强，它夺取纳米颗粒表层的电子，使纳米氧化铁晶粒内部的空穴数目增加，即材料的导电性增强。
纳米氧化铁材料的制备
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—Fe203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
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
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。