[发明专利]一种空心棒状四氧化三铁及其复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米粒子合成领域，尤其是一种空心棒状四氧化三铁及其复合物的制备方法。

背景技术

四氧化三铁属立方晶系，反尖晶石结构，是一种重要的尖晶石型铁氧体，广泛的存在于自然界，具有亚铁磁性，同时又具有优异的导电性，使其在医疗、电子产品、国防军工等领域，具有广泛的应用。由于四氧化三铁具有高的折射率和优异的光学性能，所以经常被用在响应性光子晶体领域，棒状四氧化三铁由于具有各向异性使其成为响应性光子晶体中的一个新的研究热点。

目前，棒状四氧化三铁的合成方法主要是通过借助三氧化二铁或者一水合铁等铁的中间体，然后再通过氢气还原等方法从而间接的获得棒状四氧化三铁。尽管按照这种方法能够制备出棒状四氧化三铁，但明显的存在不足之处：首先制备工艺比较复杂，不利于大规模生产应用；其次借助氢气高温还原存在着实验条件苛刻以及实验过程存在危险性等问题。

又如公开号为CN103979613A的中国专利文献中公开了一种制备四氧化三铁纳米棒的方法，采用一步溶剂热法，利用超支化聚缩水甘油醚和油酸间的亲疏水性差异可形成纳微级胶束/囊泡，通过其自组装形成的棒状“微反应器”限制/引导四氧化三铁晶体的生长，制备了直径为30～100nm，长度为200～500nm的四氧化三铁纳米棒。该制备方法虽然可以通过一步溶剂法制备四氧化三铁纳米棒，但是制备的是实心的棒状四氧化三铁，质量较重，不利于在响应性光子晶体领域内的应用，而且纳米粒子可调范围较窄。

发明内容

本发明提供了一种空心棒状四氧化三铁及其复合物的制备方法，该方法的制备条件温和，操作简单，可以满足大规模生产的需求；且制备得到的棒状四氧化三铁及其复合物具有空心结构，质轻、不易沉降，在响应性光子晶体领域占有很大的优势；外加上棒状结构，使得其具有良好的各向异性，从而具有普通球形纳米粒子所没有的光学性质。

本发明公开了一种空心棒状四氧化三铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)聚乙烯吡咯烷酮与正戊醇混合得溶液Ⅰ，乙醇、水、柠檬酸钠溶液和氨水混合得溶液Ⅱ，将溶液Ⅰ与溶液Ⅱ混合，搅拌均匀后得到溶液Ⅲ；

(2)向步骤(1)得到的溶液Ⅲ中加入正硅酸四乙酯，静置反应，再经后处理得到棒状二氧化硅；

(3)将棒状二氧化硅与水混合，配制得到浓度为0.5～50wt％的棒状二氧化硅水溶液；

将二水合柠檬酸三钠与乙二醇混合后，再加入乙酸钠和去离子水得到溶液A，将第一铁源与乙二醇混合，再加入棒状二氧化硅水溶液得到溶液B，将溶液A与溶液B混合，经反应后得到四氧化三铁包覆的棒状二氧化硅；

所述的第一铁源为三氯化铁，乙酰丙酮铁，六氟磷酸三羰基铁；

(4)将步骤(3)得到的四氧化三铁包覆的棒状二氧化硅与氢氧化钠水溶液混合，水浴反应后，经后处理得到空心棒状四氧化三铁。

作为优选，步骤(1)中，溶液Ⅰ中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为10～500g/L；；

乙醇、水、柠檬酸钠溶液和氨水的体积比为10:2～9:1:1～3；

柠檬酸钠溶液的浓度为0.01～2mol/L，氨水的质量百分比浓度为25～28wt％；

溶液Ⅰ与溶液Ⅱ的体积比为0.6～64。

作为优选，步骤(1)中的混合过程多在超声辅助下进行，超声有助于聚乙烯吡咯烷酮在正戊醇中的分散，且超声功率的大小将影响形成乳滴的大小，从而影响生成的棒状氧化硅的尺寸；

作为优选，步骤(2)中，溶液Ⅲ中正硅酸四乙酯的浓度为0.5～80g/L；

作为优选，步骤(2)中，静置温度为0～100℃，时间为5min～20h。静置反应在恒温水浴下进行，而非静置在空气中，因为不同节气室内的温度相差有几十度，早晚温差也较大，足以影响到产物棒状二氧化硅的形貌和均匀度。恒温水浴就是为生成棒状二氧化硅的过程提供一个恒温环境，这样产生的棒状二氧化硅才比较均匀且具有良好的形貌。

在本发明中，静置温度主要影响棒状二氧化硅的直径和形貌，在不同的温度下，可以得到不同直径的棒状二氧化硅。适当的控制温度还可以制备不同形貌的二氧化硅纳米粒子。静置时间主要影响到棒状二氧化硅的长度，在不同的静置时间下可以得到不同长度的棒状二氧化硅。

进一步优选，静置温度为40～80℃，制备得到棒状二氧化硅，且均匀性更好。温度过低，制备得到较短棒状氧化硅，甚至生成不规整球形氧化硅；温度过高，得到较长的棒状氧化硅甚至生成氧化硅纳米线。