[发明专利]基于模板热分解制备超顺磁性Fe3O4纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备超顺磁性Fe₃O₄纳米粒子的方法，特别是一种基于模板热分解制备超顺磁性Fe₃O₄纳米粒子的方法，属于无机化工材料制备领域。

背景技术

我国铁资源储量丰富，但多功能、高附加值的铁盐材料产品研发较晚，市售产品主要以功能单一、价格较低的常规产品(如硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、硝酸铁、和普通氧化铁等)为主，如何在传统粉末冶金生产中引入快速相应制造技术，制备多功能、高附加值的磁性纳米材料产品(如超顺磁性Fe₃O₄粒子)，对粉末冶金产品制造企业而言是必要的和迫切的，在一定程度上能够极大促进了我国铁资源的高度利用。

磁性纳米材料一般是指颗粒尺寸1～100nm之间的纳米材料，除了具有纳米材料所具有的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺度效应及量子隧道效应等基本特征外，还具有特殊的磁性能，表现为超顺磁性、表观磁性和巨磁阻效应，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，可广泛用于催化剂载体、靶向药物载体、肿瘤的热治疗、细胞分离、生物传感器、磁记录材料和污水处理等领域，还可用于国防、电子和航空航天等行业制备新型扬声器、微波吸收材料、特种涂料、密封装置和高级润滑剂等。

Fe₃O₄属于反尖晶石结构{Fe³⁺(Fe³⁺，Fe²⁺)O₄}的立方晶系亚铁磁性(组成中Fe³⁺和Fe²⁺的电子跃迁)材料，晶格常数a＝0.8398nm，结构中1/3的Fe离子位于4个氧离子形成的四面体中心，称为A位，剩下的2/3的Fe离子位于6个氧离子形成的八面体的中心，称为B位。Fe₃O₄晶胞由32个O^2-密堆积构成，这些离子形成64个A位，32个B位。A位的1/8被Fe³⁺占据，B位的1/2被Fe³⁺和Fe²⁺占据，剩余位置均为空位。Fe₃O₄独特的结构特征和显示出一些奇妙的物理/化学特性，使其一经面世即倍受青睐，在生物、化工、电子、航空航天等领域得到广泛应用。

制备磁性Fe₃O₄纳米粒子的方法很多，主要可分为物理方法和化学方法。物理方法一般包括真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。80年代初，H.Gleiter首次在超高真空条件下，导入一定压力Ar气体，采用气体冷凝法在冷凝管上制备10nm左右纳米粒子，其尺寸可以通过蒸发温度场、气体压力进行调控。英廷照等采用球磨法制备15nm磁性Fe₃O₄粒子，但由于强烈的塑性变形，会造成Fe₃O₄颗粒晶粒有较大的晶格畸变。虽然物理方法制备Fe₃O₄纳米材料操作简单、重现性好，但生产周期长，对设备要求较高，并且粒子细化困难，尤其是小于10nm的超顺磁性Fe₃O₄粒子，这些方法就显得无能为力了。