[发明专利]一种超细高分散超顺磁性铁酸盐纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米磁性材料技术领域，具体涉及一种超细高分散超顺磁性铁酸盐纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

金属铁酸盐是重要的功能材料，其主要应用在催化、环境工程、生物医学、临床诊断和信息储存处理等领域。由于超细铁酸盐纳米粒子具有超顺磁性，人们的兴趣更多地集中在生物医学领域的应用，如高梯度磁分离技术、磁性药物靶向技术、磁过热治疗、磁共振成像造影技术等。

在尖晶石铁酸镁晶格中，存在着Mg²⁺和Fe³⁺两种离子。它们占据氧八面体中心B和氧四面体中心A，若用圆括号表示“A”，用方括号表示“B”。故Mg_xFe_3-xO₄的离子分布可表示为(Mg²⁺_1-xFe³⁺_x)[Mg²⁺_xFe³⁺_2-x]O₄，因Mg²⁺为非磁性离子，其磁矩为零。当Mg²⁺含量减小时，其净磁矩增大。因此，可以通过调节镁铁比例来提高纳米镁铁氧体饱和磁化强度。

磁性颗粒的性能和应用不仅与磁性材料的磁矩有关，还与其尺寸大小直接相关。在纳米尺度内，粒子的直径减小，饱和磁矩亦相应地降低。而作为生物医学领域的磁性纳米材料应具有小的颗粒尺寸和较高的饱和磁化强度。特别地，当磁性纳米粒子的尺寸减小到临界值以下时，其便具有超顺磁性，在无外加磁场的作用下不表现出自身的磁化。

制备纳米金属铁酸镁的方法有很多，如水热法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。但制备尺寸较小且饱和磁化强度高的高分散性铁酸盐纳米材料在技术上存在着难度。2003年孙守衡等人用乙酰丙酮金属盐作为原材料，油酸和油胺做分散剂，大分子醇类作溶剂的溶剂热合成方法，经305℃的高温处理，合成了粒径在～10nm的尖晶石结构超顺磁性材料。但是，该方法使用的原材料成本高，合成温度高，且反应系统中引入大量的有机原料来控制纳米颗粒的尺寸。因此，开发一种工艺简单，成本低廉的超细高分散超顺磁铁酸盐纳米粒子的制备方法，对推广铁酸盐纳米粒子在生物医学领域的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种超细高分散超顺磁性铁酸盐纳米颗粒及其制备方法，通过这种方法合成出粒径小且分布窄、饱和磁化强度高的超顺磁铁酸盐纳米材料。以克服现有技术的缺陷，推广铁酸盐纳米粒子在生物医学领域的应用。

本发明的技术方案是：

一种超细高分散超顺磁性铁酸盐纳米颗粒，纳米颗粒表观为高分散球状颗粒，平均颗粒尺寸为3～8nm、尺寸分布均匀，其结构为立方尖晶石结构。

所述的超细高分散超顺磁性铁酸盐纳米颗粒，在温度300K、磁感应强度1T的外加磁场下，其饱和磁化强度为20～60emu/g。

所述超细高分散超顺磁性铁酸盐纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置金属氯化物的60～80mL乙醇溶液，所述金属氯化物为铁与镁、锌、锰、铜、锂、钴或镍的氯化物，金属氯化物中除铁离子之外的金属离子与铁离子的摩尔浓度之比为1∶9～4∶1。在磁力搅拌下，向乙醇溶液中加入1～4mL的油酸；

(2)配置NaOH的5～15mL乙醇溶液，氢氧化钠的加入量＝金属离子的价态×金属氯化物的加入量。室温条件下，将氢氧化钠的乙醇溶液缓慢加入到上述的金属氯化物乙醇和油酸混合溶液中，反应0.5～2h；

(3)将室温反应后的混合溶液导入聚四氟乙烯的反应釜中，进行溶剂热反应，在100～180℃下保温1～3小时；

(4)将上述反应后的混合溶液冷却至室温后，离心超声洗涤；

(5)在60～80℃下真空干燥12小时以上(优选为12～24小时)，得到纯的超细高分散铁酸盐纳米颗粒产品，其平均颗粒尺寸为3～8nm。

所述的超顺磁性铁酸盐纳米颗粒的制备方法，步骤(1)的金属氯化物中，金属离子的摩尔浓度之和在0.1M以上(优选为0.1M～0.3M)。

所述的超顺磁性铁酸盐纳米颗粒的制备方法，原料为商用分析纯无水金属氯化物、无水乙醇、油酸和商用分析纯氢氧化钠。

本发明的设计原理如下：