[发明专利]一种改性磁性纳米颗粒、非极性溶剂基磁性液体及制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种改性磁性纳米颗粒、非极性溶剂基磁性液体及制备方法和用途。所述改性磁性纳米颗粒的制备方法为：制备Fe₃O₄磁性纳米颗粒；将Fe₃O₄磁性纳米颗粒与硅源进行溶胶‑凝胶化反应，得到包裹二氧化硅的磁性纳米颗粒后，与乙醇、氨水混合，在20～75℃水浴条件下搅拌均匀，得到磁性混合液；将改性液按一定速度加入磁性混合液中进行改性反应，即得。本发明制备的改性磁性纳米颗粒，颗粒粒径、形貌分布均匀，粒径可控，在极性溶剂和非极性溶剂中均有很好的分散性，均可形成光子晶体结构且具有良好的磁学性能、光学性能和化学稳定性能，可用于光子晶体以及电子纸等的制备，在电子、光学、化工等领域有巨大应用前景。

技术领域

本发明属于磁性纳米材料及磁性液体制备技术领域。更具体地，涉及一种改性磁性纳米颗粒、非极性溶剂基磁性液体及制备方法和用途。

背景技术

磁性液体，也被称作磁流体，是纳米磁性金属氧化物颗粒稳定分散于基液中而形成的一种稳定的胶体溶液。基液与纳米磁性金属氧化物颗粒不容易分离使得磁性液体既有溶液的流动性也有磁学性能，这一特性使得磁性液体在磁场作用下可有效地富集、分离、回收和再利用，在生物医学、环境保护、生物工程、分离工程、酶工程、细胞学、材料学等众多生活和生产领域中有极大的应用价值。

纳米磁性金属氧化物颗粒众多合成方法中，溶剂热法与高温热分解法是目前研究中最热门实验方法。高温热分解方法近年来得到极大的发展。孙守恒等利用油酸、油胺、多元醇合成出粒径尺寸小、磁饱和强度高、形貌均一的铁酸盐系磁性纳米材料。Maity课题组研究了在热分解法中使用三甘醇(TREG)合成出尺寸可控单分散Fe₃O₄纳米颗粒。Pereia等报告了强碱条件下一步合成4.2～11.7nm粒径MFe₂O₄(M＝Fe,Co,Mn)纳米颗粒。然而这些方法在制备磁性纳米颗粒时候通常需要冷凝回流装置与惰性气体保护，大大限制了其工业应用的可能。相对来说，溶剂热法具有反应装置简单，可重复性高等特点，但其中反应溶剂的选择相当重要。

公开号为CN1775694A的中国专利申请公开了一种制备可溶于极性溶剂的纳米四氧化三铁的方法，该方法在氮气保护条件下，将FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O的水溶液滴入胺/非极性溶剂的混合溶液中进行反应，取出反应产物后，采用离心方法获得沉淀物，并用丙酮和去离子水清洗，真空冷冻干燥后获纳米四氧化三铁颗粒。该方法虽然工艺流程简单，容易建立连续式生产方式，但所获纳米四氧化三铁颗粒且只能溶于极性溶剂中。Valdes-Solis等人(Chem.Mater.2009,21,1806-1814)先制备出多孔二氧化硅材料(如SBA-15)，然后将铁盐沉积到二氧化硅的孔内，再加入乙二醇对其进入浸润；浸润之后将样品于氮气氛围下450℃煅烧2h，使铁盐生成磁性氧化铁，从而制备出多孔磁性二氧化硅材料。其中磁性纳米粒子分布在整个二氧化硅基体材料上，并由部分磁性纳米粒子团聚在一起。应用于电子纸制造等领域需要磁性纳米颗粒具有可以在极性溶剂和非极性溶剂中具有很好的磁学性能和光学性能，但由于在非极性无法提供足够的电荷，因而磁性颗粒间无法有足够的排斥力形成稳定的分散结构，容易在非极性溶剂中出现团聚现象，无法具有较好的光学性能和磁学性能，限制了磁性颗粒在工业领域的进一步应用，因而研究如何使得磁性小颗粒在非极性溶剂中可以稳定分散是磁性材料推广急需解决的问题，也是较有难度的研究课题。

另外，目前制备的磁性纳米材料还具有以下缺点：大都粒径和形貌不可控，并且磁性纳米粒子不能同时良好分散于极性溶剂和非极性溶剂中，同时磁性、光学性能易消失，化学性能稳定较差。因此，制备出粒径和形貌可控、均匀分散、磁性和光学性能稳定的磁性纳米材料，是本领域的重难点。

发明内容