[发明专利]一种纳米铁氧体颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种纳米铁氧体颗粒的制备方法。

背景技术

纳米材料是指特征尺寸在纳米级（通常指1-100nm）的极小颗粒组成的材料，具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。铁氧体是一类应用广泛的非金属磁性材料。纳米铁氧体颗粒不仅具有纳米材料赋予的特殊物理和化学性能，还具有特殊的磁性能，可以制成纳米磁膜、纳米磁线、纳米磁粉和磁性流体等多种形态的材料，在传统行业和高新技术领域如高压输变电、通讯、生物医学、国防等具有广泛的应用。纳米铁氧体颗粒的纯度，比表面积和磁性能是其广泛用于磁记录介质、磁性流体、吸波材料以及在医疗应用中作为磁性靶药物载体、细胞分离和磁控造影剂等的关键。

纳米铁氧体粉体的制备方法直接决定了纳米铁氧体的性能。目前纳米铁氧体的制备方法很多，主要有：固相法、化学共沉淀法、水热合成法和溶胶凝-胶法等。其中，固相法产量高，工艺简单，是工业化生产铁氧体颗粒的主要方法，但存在颗粒尺寸较大且不均、易产生杂质、颗粒磁性能和比表面积较低等缺点。化学共沉淀法由于其工艺简单、对设备、技术要求不高，所得产物纯度较高、颗粒尺寸较小等优点，近年来被广泛地应用于制备纳米铁氧体颗粒。但该法制备的磁性颗粒粒径分布较宽，团聚严重，磁性能较低。水热合成法所得纳米铁氧体颗粒具有结晶度好、粒径小、团聚低、无需高温处理等优点，但对设备要求高，成本较高且较难批量生产。溶胶-凝胶法所制备的纳米铁氧体颗粒纯度较高，化学组成均匀准确。但为提高分散性，常常加入表面活性剂，采用超临界干燥等方法。因而存在成本较高，操作困难等缺点。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种纳米铁氧体颗粒的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述纳米铁氧体颗粒的制备方法包括如下步骤：

（1）将混合金属硝酸盐溶于无水乙醇中，配制成混合金属硝酸盐-乙醇溶液；将柠檬酸溶于无水乙醇中，配制成柠檬酸-乙醇溶液；将混合金属硝酸盐-乙醇溶液与柠檬酸-乙醇溶液按1:1的体积比混合，制得混合金属硝酸盐-柠檬酸乙醇溶液；其中，所述混合金属硝酸盐是Fe(NO₃)₃·9H₂O与一种或两种不同的过渡金属硝酸盐按照形成尖晶石型铁氧体的摩尔比例混合的混合物，所述尖晶石型铁氧体的组成为：M_xN_1-xFe₂O₄，M和N表示不同的金属硝酸盐提供的过渡金属阳离子，0≤x≤1；所述混合金属硝酸盐溶于无水乙醇中混合金属的加入量为：每10g混合金属硝酸盐溶于50—300mL无水乙醇中；所述柠檬酸溶于无水乙醇中柠檬酸的加入量为：每10g柠檬酸溶于50—300mL无水乙醇中；

（2）用氨水调节混合金属硝酸盐-柠檬酸乙醇溶液的pH值为0.5—6，优选为1—4，浓缩该溶液得到粘度为0.005—0.03Pa·s的溶胶；

（3）向溶胶中加入脱脂棉，待脱脂棉将溶胶完全吸附后，将脱脂棉烘干，得到干凝胶-脱脂棉；

（4）将干凝胶-脱脂棉于氧化性气氛中，温度≤600℃，优选为温度≤500℃条件下保温0.5—6h，优选为2—4h，得到无定形铁氧体粉末；

（5）将无定形铁氧体粉末研磨后过600—900目筛，得研磨后的无定形铁氧体粉末；将研磨后的无定形铁氧体粉末加入无水乙醇中，超声分散（一般超声处理1—3h）后制得铁氧体颗粒-乙醇悬浮液；向铁氧体颗粒-乙醇悬浮液中加入酚醛树脂，于40—80℃条件下搅拌，待乙醇蒸发及酚醛树脂固化后，即得酚醛树脂包覆的无定形纳米铁氧体颗粒；其中，所述研磨后的无定形铁氧体粉末加入无水乙醇中无定形铁氧体粉末的加入量为：每1g研磨后的无定形铁氧体粉末加入30—350mL，优选为50—300mL无水乙醇中；所述酚醛树脂加入铁氧体颗粒-乙醇悬浮液中酚醛树脂的加入量为：每100mL铁氧体颗粒-乙醇悬浮液中加入5—140mL，优选为10—120mL酚醛树脂；

（6）将酚醛树脂包覆的无定形纳米铁氧体颗粒于惰性气氛中炭化，炭化温度为500—1100℃，优选为600—1000℃，炭化时间为0.5—6h，优选为1—4h，得到炭包覆的纳米尖晶石型铁氧体颗粒；

（7）将炭包覆的纳米尖晶石型铁氧体颗粒研磨后过600—900目筛，得研磨后的纳米铁氧体颗粒；将研磨后的纳米铁氧体颗粒在酸中进行除炭处理后，即得纳米铁氧体颗粒。

另外，步骤（1）所述过渡金属为铜、镍、钴或锌等。