[发明专利]掺杂Mn和Zn元素的超顺磁性铁氧体纳米微球及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于超顺磁性纳米粒的制备领域，涉及一种掺杂金属元素Mn和Zn的氧化铁超顺磁性纳米粒。

背景技术

纳米级磁性颗粒特别是氧化铁磁性纳米粒由于其特殊的磁导向性、超顺磁性以及表面可以连接多种生化活性功能基团等特性在生物医学领域引起人们极大的研究兴趣，尤其是在生物分离、临床检测，靶向给药，磁共振成像和磁过热治疗等领域有着广泛的应用前景。但是由于磁性纳米粒在应用过程中往往需要经过表面包覆或是接枝改性处理，从而不可避免的会降低其饱和磁化强度，影响其磁响应性。制备具有高饱和磁化强度的磁性纳米粒是其应用的关键环节之一，有研究显示：在氧化铁中掺杂部分金属元素有利于提高磁性纳米粒的饱和磁化强度，并且也可改善其抗氧化性，因此，复合铁氧体纳米材料的制备受到了越来越多的关注。制备氧化铁磁性纳米粒主要的方法有共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法和高温分解法等，但是不同的制备方法对磁性纳米粒的粒径分布、结晶度等各项性能都有较大的影响。

申请号为200510123168.2的中国专利申请公开了一种锰锌铁氧体纳米材料的制备方法，所述制备方法是通过将铁盐、锰盐和锌盐在水中搅拌，由氨水调节pH值，水热合成锰锌纳米材料。此种制备方法是在高温高压下进行，对设备及操作要求都较高，并且用氨水调节pH的过程也不易精确调控。

申请号为20081003866.2的中国专利申请公开了一种锰锌铁氧体磁性纳米微球的制备方法，所述制备方法是通过醇热法以可溶性铁盐、锰盐和锌盐为原料，乙二醇为溶剂，无水乙酸钠为碱性添加剂，聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，制备了晶相较纯，磁饱和强度较高的纳米磁球，但是粒径分布却较宽，粒径也较大。

Sun等人在J Am Chem Soc，2004，126，273-279上报道了高温分解金属的乙酰丙酮化物：Fe(acac)₃与M(acac)₂(M=Co,Mn etc)制备纳米Fe₂MO₄的方法，得到的纳米材料粒径均一结晶度较高。Ningzhong Bao等人在Journal of the American Chemical Society，2007，129，12374-12375上报道了高温分解金属的复合油酸化物制备Fe₂MO₄（M=Co，Ni，Mn，etc）的方法。由此可见，高温分解法能够制备得到性能良好的铁氧体纳米粒。

 

发明内容

发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的复合铁氧体磁性纳米粒的制备方法，以得到粒径分布均匀，结晶度高的超顺磁性纳米粒，并提高磁性纳米粒的磁饱和强度。

本发明所述纳米级磁性铁氧体Fe_3-x-yMn_xZn_yO₄是在Fe₃O₄的基础上可控地掺入金属元素Mn或是同时掺入Mn和Zn两种元素，所得的磁性纳米粒粒径在8~10 nm，饱和磁化强度得到显著提高，最高可由Fe₃O₄的91emu/g提高至128 emu/g。

本发明所述超顺磁性纳米粒的制备方法，工艺步骤依次如下：

（1）超顺磁性磁性纳米粒的合成

将铁、锰两种金属的前体化合物或铁、锰、锌三种金属的前体化合物按照Zn:Mn:Fe=a:b:1的比例混合，其中0≤ a ≤ 0.3，0< b ≤ 1.25，再加以表面活性剂，在高沸点溶剂中分阶段加热保温，整个反应过程在氩气或是氮气保护气氛中进行，其中所加入的前体化合物为乙酰丙酮化物或油酸化物，表面活性剂为油酸和油胺中的至少一种，高沸点溶剂为苄醚、二十四烷或十八烯中的一种；

（2）超顺磁性纳米粒的后处理

冷却至室温，在乙醇或乙酸乙酯中沉淀并低速（3500rpm）离心5min，弃去上清液，将所得黑色沉淀物分散于正己烷中并加入油酸（0.15 mmol）、油胺（0.15 mmol），混合均匀后高速（8000rpm）离心10min，将溶液再次在乙醇中沉淀低速离心5min后去掉多余的溶剂，最后将沉淀分散于正己烷中保存，即得到超顺磁性铁氧体纳米粒Fe_3-x-yMn_xZn_yO₄，其中，x的取值范围是0 < x ≤ 1，y的取值范围是0 ≤ y ≤ 0.3。