[发明专利]一种磁致电导磁性液体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水基磁性液体的制备方法，尤其涉及具有核壳结构有机半导体聚苯胺包覆Fe₃O₄磁性纳米颗粒的水基磁性液体的制备方法。

技术背景

磁性液体是由10nm左右铁磁和亚铁磁颗粒稳定在一定基液中的稳定悬浮体，其纳米颗粒表面吸附表面活性剂或同性电荷发生排斥作用。由于强烈的布朗运动，从而保持纳米颗粒悬浮，不发生团聚而沉降。一般磁性液体的表面活性剂是通过机高分链，并不具备导电的潜力，而包裹金属单质或碳等导电物质因颗粒没有排斥作用很容易就团聚沉淀。如果磁性液体中的磁性纳米颗粒被有机半导体包覆且能稳定悬浮于基液中，则形成一种新型磁性液体，称之为磁致电导磁性液体。磁性颗粒在磁场中产生链状或柱状微观结构，甚至柱体系产生赝晶序结构，而这些导电链柱将使得整个磁性液体的导电性极大增强。链柱体系的微观结构将对透射光产生影响，而包覆材料本身为有机半导体，具有不同于绝缘体和导体的电性质，通过掺杂可改变导电性，因而磁致电导磁性液体具有可控的介电性质，因此具有磁控和介电可调性的磁致电导磁性液体将在微光器件和光子晶体等领域的应用上具有巨大潜力。

    但是磁致电导磁性液体的制备需要克服两大困难：一是磁性纳米颗粒需要一个一个的被包覆；二是有机半导体要具有亲水性和相互排斥性。本发明正是基于克服以上两个困难，使得在Fe₃O₄磁性纳米颗粒上包覆了聚苯胺并在聚苯胺上引入功能团，实现了包覆颗粒的稳定悬浮。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种磁性纳米颗粒表面包覆有机半导体的磁性液体的制备方法，目前存在的磁性液体其颗粒表面均是不导电的有机长链分子包覆，磁场控制下基本处于极大电阻状态，而包覆状态的颗粒介电常数也是不可调的。本发明使用聚苯胺包覆10纳米左右的Fe₃O₄磁性颗粒，并在包覆颗粒上引入十二烷基苯磺酸钠作为掺杂剂、排斥剂和亲水剂，从而获得颗粒具有导电性的、介电常数可调的、磁场可控制的新型磁光材料——磁致电导磁性液体。

本发明是这样来实现的，所需制备材料为：

①   一种离子型磁性液体，是由流体力学直径为6--12nm的Fe₃O₄磁性颗粒组成Massart磁性液体；

②  苯胺；

③  硫酸；

④  阻聚剂；

⑤  过硫酸胺；

⑥  十二烷基苯磺酸钠；

⑦  乙醇。

所述材料摩尔比如下:

Massart磁性液体    0.0001-0.0002 ；

苯胺   1-3；

硫酸  4--6  ；

阻聚剂  0.006-0.008 ；

过硫酸胺 1--3 ；

十二烷基苯磺酸钠 3--5；

乙醇 2--6 。

其中的Massart磁性液体材料为磁性液体中磁性纳米颗粒的摩尔数比。

制备过程如下：

A、将苯胺、浓硫酸和阻聚剂加入到上述Massart磁性液体中，冰水浴3h，冰浴过程中缓慢加入过硫酸铵的水溶液。

B、反应结束后抽滤，并用1mol/l硫酸和丙酮各洗三次后，用去离子水洗涤至pH=7，得Fe₃O₄ /PANI复合颗粒；

C、将制备好的Fe₃O₄ /PANI复合颗粒加入到有的十二烷基苯磺酸钠水溶液和乙醇的混合溶液中，室温下搅拌反应24h；

D、用高速离心机离心去除较大直径的Fe₃O₄ /PANI复合颗粒，取其上层液即得磁致电导磁性液体。

本发明的优点是：本发明使用聚苯胺对10纳米左右的Fe₃O₄磁性颗粒进行包覆；采用了阻聚剂，通过阻聚剂分子与链自由基反应，形成非自由基物质或不能引发的低活性自由基，从而使聚合终止，降低苯胺的聚合度，达到控制Fe₃O₄/聚苯胺复合颗粒粒径的效果；采用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂和掺杂剂增加其亲水性；采用乙醇的水溶液作为载液增强化学稳定性。从而获得颗粒具有导电性的、介电常数可调的、磁场可控制的新型磁光材料——磁致电导磁性液体。