[发明专利]一种粒径可调控的磁性纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性纳米颗粒的制备技术领域，特别提供了一种粒径可调控的磁性纳米颗粒的制备方法，其颗粒粒径调控范围能够达到0.5nm。

背景技术

磁性纳米颗粒典型的应用领域包括磁记录、磁分离技术（如污水处理）、磁流体、永磁体以及生物医药等领域。

磁性纳米颗粒的制备方法很多，主要有物理方法和化学方法。物理方法包括真空冷凝法、球磨法，以及物理粉碎法等，这类方法虽然易于大批量生产，但是制备出的纳米颗粒存在粒径分布范围大、纯度低及易氧化等缺点，难以应用于诸如生物医药等特殊领域。化学方法主要包括水热法、溶胶凝胶法，以及化学热分解法等。其中，化学热分解法简单易行，制备得到的磁性纳米颗粒具有形貌尺寸易于控制、在液体溶剂中易于分离等优点，因此被广泛应用。

磁性纳米颗粒的尺寸会对其本身的各种物理参数产生很大影响，例如居里温度、矫顽力以及饱和磁化强度等，进而影响其磁化行为。因此，颗粒粒径是磁性纳米颗粒的重要参数之一，在其应用的很多领域都对颗粒粒径提出了具体要求。例如，长期以来小尺寸的磁性纳米颗粒的制备及其对生物分子的响应一直是磁学和生物医学领域研究和应用的前沿课题，特别是粒径大小在2-20nm范围的磁性纳米颗粒尤其受到关注。因此，简单可控地制备一定尺寸的磁性纳米颗粒是其应用的前提条件之一。

在已有的文献报道中，利用化学热分解法制备磁性纳米颗粒时，主要通过改变表面活性剂与所用金属盐的比例，或者通过改变升温速率等工艺调整磁性纳米颗粒的形核以及生长速度，从而实现磁性纳米颗粒的粒径调控。但是，这些调控方法通常需要改变较多的制备工艺条件，不利于推广应用；并且，这些调控方法所能达到的调控范围在1-2nm以上，对于1nm以下的粒径调控，由于金属前躯体的分解速度无法控制而未能实现。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述磁性纳米颗粒制备技术中关于粒径调控的技术现状，提供一种粒径可调控的磁性纳米颗粒的制备方法，该方法操作简单易行，能够实现1nm以下的粒径调控，其调控范围甚至能够达到0.5nm。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种粒径可调控的磁性纳米颗粒的制备方法，采用化学热分解法，包括如下步骤：

步骤1、按照化学计量比称取各金属元素对应的金属前躯体；然后将部分或者全部金属前驱体与一定量的有机物混合，使其中至少部分金属前躯体与有机物发生络合反应；

所述的有机物能够与金属前躯体发生络合反应，包括长链有机物，以及有机长链的酸、胺、脂、酯以及腈类等中的一种或多种；

步骤2、在步骤1反应后得到的混合溶液中加入反应溶剂、其余金属前躯体，以及表面活性剂，升温进行化学热分解反应；

步骤3、将步骤2得到的化学热分解反应产物恒温保持、离心分离，得到磁性纳米颗粒。

上述技术方案中，在金属前躯体与反应溶剂发生化学热分解反应之前，首先使用有机物与部分与全部量的金属前躯体混合，使其中至少部分金属前躯体与有机物发生络合反应，以改变该部分金属前躯体在化学热分解反应中的分解速率，从而实现对磁性纳米颗粒粒径的调控。络合反应过程中，当金属前驱体的使用量固定不变时，不需改变其它反应参数，只需调整相应的有机物的使用量即可实现对磁性纳米颗粒粒径的调控。

上述技术方案适用于一元、二元或者多元金属的磁性纳米颗粒制备，其中金属元素包括但不限于Fe、Co、Ni、Mn等过渡金属元素，以及Gd、Tb、Dy、Sm、Nd、Pr等稀土金属元素中的任意一种或两种以上的混合元素。

作为优选，所述的步骤1中，长链有机物包括但不限于油胺、油酸等，有机长链的酸、胺、脂、酯以及腈类包括但不限于硬脂酸、卵磷脂、甘油酯、十五烷腈等的酸、胺、脂、酯以及腈类等。

作为优选，所述的步骤1中，有机物与金属前驱体的摩尔比为0.1:1～10:1。

作为优选，所述的步骤1中，络合反应时间控制在3小时以内。

作为优选，所述的步骤1中，络合反应温度控制在130℃以下。

作为优选，所述的步骤3中，恒温温度高于200℃，恒温时间保持在0.5小时以上。

所述的步骤2中，表面活性剂不限，能够用于化学热分解反应中的表面活性剂均能实现本发明；常用的表面活性剂包括长链有机物，以及有机长链的酸、胺、脂、酯以及腈类等中的一种或多种；其中，长链有机物包括但不限于油胺、油酸等，有机长链的酸、胺、脂、酯以及腈类包括但不限于硬脂酸、卵磷脂、甘油酯、十五烷腈等的酸、胺、脂、酯以及腈类等。