[发明专利]超顺磁四氧化三铁纳米球的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性材料，尤其是涉及一种通过溶剂热法合成超顺磁四氧化三铁纳米球的方法。

背景技术

纳米科技的发展使人们逐渐认识到：当材料的尺寸达到纳米尺度时，常会表现出与体相材料不同的性质。而这些与尺寸相关的性质也越来越受到人们的关注。纳米磁性材料作为一种新兴功能材料，由于其独特的物理化学性质，使其在物理、化学等方面表现出与常规磁性材料不同的特殊用途。纳米四氧化三铁就是其中一种多功能磁性材料，在磁记录材料、磁流体、医药、颜料等以及催化方面具有广泛的应用。当纳米四氧化三铁的颗粒小于临界尺寸时，就会表现出超顺磁性，其临界尺寸和温度有关，球状铁纳米颗粒在室温的临界半径为12.5nm。超顺磁的纳米四氧化三铁与体相四氧化三铁最大的区别就在于无外加磁场的环境下能够保持良好的分散性而不会团聚，而在外加磁场的作用下能够随磁场方向聚集。正是基于以上的特点，超顺磁纳米磁性材料在蛋白质分离、药物载体方面展现了良好的应用前景。其中以超顺磁四氧化三铁纳米颗粒组成的纳米球因其优良的性质受到研究者的广泛重视。

目前国内外报道的对超顺磁四氧化三铁纳米球合成的一系列研究中最主要是建立在以下两类方法：一是在添加通过保护剂的溶剂热条件下，让反应物水解得到顺磁四氧化三铁纳米球(Angew.chem.2005，117，2842-2845)；二是通过溶液反应，在保护剂的条件下让反应物均匀混合后加热水解，得到超顺磁四氧化三铁纳米球(Angew.Chem..Int.Ed.2007，46，4342-4345)。这两种方法由于反应条件较为简单，同时也能够得到较大量的产物，所以一直受到研究者的关注。可是这两种方法也存在着相同的不足之处，即为了得到顺磁四氧化三铁纳米球而需要添加大量的非反应物(保护剂)。而且这些保护剂的价格甚至比反应物昂贵，这就使得这些方法在化学工业领域的应用方面受到了限制。开发一种有效而且经济的顺磁四氧化三铁纳米球合成方法是一项面向应用的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、原料廉价易得、成本低廉、易于放大、能对产物的粒径进行调控、不添加保护剂的四氧化三铁纳米球的合成方法。

本发明的技术方案是通过廉价易得的原料，利用混合溶剂的溶剂热反应，直接合成顺磁四氧化三铁纳米球。

本发明包括以下步骤：

1)将乙二醇和四氢呋喃配制成混合溶剂；

2)将铁盐和尿素溶解于步骤1)所得的混合溶剂中，得混合溶液；

3)将步骤2)所得的混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬中；

4)将聚四氟乙烯内衬置于反应釜中反应；

5)将反应后所得的固体产物分别用乙醇和水洗涤至少1次，即得超顺磁四氧化三铁纳米球。

按体积比，乙二醇∶四氢呋喃为(1～10)∶1，最好为乙二醇∶四氢呋喃为(1～6)∶1，铁盐可选自九水合硝酸铁或六水合氯化铁等；按摩尔比，铁盐∶尿素为1∶(2～4)，最好为铁盐∶尿素为1∶2。

反应的温度为180～250℃，反应的时间至少8h，最好反应的温度为180℃，反应的时间为12h。

本发明通过溶剂热法，利用尿素受热分解促进铁盐的水解，同时以乙二醇和四氢呋喃的混合溶剂作为分散相和还原剂，在溶剂热条件的温度和压力下体系就能自发得到高产量、分散性良好的超顺磁四氧化三铁纳米球。与其它的超顺磁四氧化三铁纳米球的合成方法相比，本发明具有以下优点：1)本发明由于不需要添加任何稳定剂，利用简单无机盐水解的体系自身就可以形成超顺磁四氧化三铁纳米球，因此所需要的原料都十分廉价，整个反应所需的成本低，可以说是同类其它方法所不能比拟的。2)传统的超顺磁四氧化三铁纳米球的制备方法因为需添加稳定剂，所以都或多或少增加了后处理工序复杂性；而本发明无需添加稳定剂，所以后处理简单。3)通过本发明能够制备粒径分布较窄的超顺磁四氧化三铁纳米球，并且能够对其粒径进行调控。4)本发明引入的溶剂热合成法，其合成装置简单，可操作性强，制备过程条件温和，反应过程清洁无污染，反应效率高，有很高的工业合成的前景。

附图说明

图1为本发明实施例1所制得的超顺磁四氧化三铁纳米球的产物低倍SEM图。

图2为本发明实施例1所制得的超顺磁四氧化三铁纳米球的产物高倍SEM图。

图3为本发明实施例1所制得的超顺磁四氧化三铁纳米球的产物低倍TEM图。在图3中，标尺为200nm。

图4为本发明实施例1所制得的超顺磁四氧化三铁纳米球的产物高倍TEM图。在图4中，标尺为50nm。