[发明专利]一种介孔核壳结构磁性纳米颗粒的磁性液体及制备方法

说明书

本发明公开了一种介孔核壳结构磁性纳米颗粒的磁性液体，包括：介孔核壳磁性纳米颗粒和基载液；所述介孔核壳磁性纳米颗粒包括内核和外壳，所述外壳具有介孔结构。本发明还公开了一种介孔核壳结构磁性纳米颗粒的磁性液体的制备方法，采用共沉淀法先制备磁性纳米颗粒，接着使用stober法在磁性颗粒表面进行介孔二氧化硅壳层的包覆，然后在介孔二氧化硅壳层连接改性剂，最后将介孔二氧化硅改性的复合颗粒分散基载液中制备出磁性液体。本发明提出的改性磁性纳米颗粒制备方法所得产物表面介孔结构完整，比表面积大，粒径均一，磁饱和强度大，可以在很宽的温度范围内正常工作，尤其适合在低温下长期稳定工作。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种介孔核壳结构磁性纳米颗粒的磁性液体，特别地，还涉及该介孔核壳结构磁性纳米颗粒的磁性液体的制备方法。

背景技术

磁性液体是一种新型的智能材料，广泛应用于航空航天、电子技术、机械化工、能源冶金、仪器仪表、生物医药等众多高科技领域。通常，磁性液体是由纳米级磁性颗粒高度分散在基载液(通常是有机溶剂或水)中构成的胶体液体，通常通过以下步骤制备：1、合成磁性纳米颗粒；2、在磁性纳米颗粒表面包覆外壳；3、在外壳表面连接改性剂；4、将改性磁性纳米颗粒高度分散在基载液中。通常情况下每一个纳米颗粒表面都需要由包覆的改性剂提供足够的排斥力，以防止磁性颗粒在重力、颗粒间磁力或范德华力作用下团聚在一起。基载液与纳米磁性颗粒的相互作用使得磁性液体既有液体的流动性也有固体的磁学性能。

为使磁性纳米颗粒具有较佳的使用性能，满足一些特殊情况及设备的使用要求，通常在磁性纳米颗粒表面包覆一层外壳，形成核壳保护结构，对磁性纳米颗粒进行保护，同时包覆的外壳不会影响到磁性纳米颗粒在外加磁场下迅速被磁化，而撤去外加磁场后磁性立即消失的性质。CN111063500A提出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，使用二氧化硅对纳米颗粒进行改性，再在二氧化硅表面连接改性剂获得分散良好的非极性载液基磁性液体。而CN107424716A提出了一种磁性液体及其制备方法，以二氧化硅作为表面活性剂，将Fe₃O₄分散在K-Na合金基载液中，得到了使用温度范围宽，胜任特殊环境的使用要求的金属基磁性液体。但是目前磁性纳米颗粒表面包覆的二氧化硅均为致密二氧化硅层，无一定的孔道结构，会完全包覆磁性颗粒，一定程度上影响其磁学性能，同时比表面积与金属颗粒相似甚至更小，后续的再改性较为困难，影响与表面活性剂的吸附能力，和与基载液的相容性。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前磁性纳米颗粒表面包覆的二氧化硅均为致密二氧化硅层，无一定的孔道结构，会完全包覆磁性颗粒，一定程度上影响其磁学性能，同时比表面积与金属颗粒相似甚至更小，后续的再改性较为困难，影响与表面活性剂的吸附能力，和与基载液的相容性。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种介孔核壳结构磁性纳米颗粒的磁性液体及制备方法，通过在反应过程中添加造孔剂，得到了一种介孔核壳结构磁性纳米颗粒，这种介孔核壳结构磁性纳米颗粒是以磁性纳米颗粒为核，介孔二氧化硅为壳构成的具有核-壳结构的复合纳米颗粒。这种复合颗粒表面介孔结构完整，比表面积大，且表面具有很多羟基，非常容易功能化，从而具备各种特殊性能；同时具备超顺磁性，优异的外磁场响应能力。用这种介孔核壳结构磁性纳米颗粒制备的磁性液体，具有极佳的使用性能，可以在很宽的温度范围内正常工作，尤其适合在低温下长期稳定工作，颗粒分布均匀，不团聚，不沉降，流动性不变，而一些常规的磁性液体早已结冰或黏度过大无法保持流动性而失去应用价值。本发明提出的改性磁性纳米颗粒制备方法简单，所得产物粒径均一，磁饱和强度大，可以实现粒径可控，并同时具备极佳的磁学性能和稳定性能。

根据本发明实施例的介孔核壳结构磁性纳米颗粒的磁性液体，其中包括：