基于杨絮为模板包覆γ-Fe2O3/MnO2制备磁导气泡驱动微型马达的方法技术

本发明专利技术公开了一种以杨絮纤维为模板制备γ‑Fe

Preparation of micro motor driven by magnetic conducting bubble by coating \u03b3 - Fe2O3 / MnO2 with poplar flocs as template

【技术实现步骤摘要】
基于杨絮为模板包覆γ-Fe2O3/MnO2制备磁导气泡驱动微型马达的方法
本专利技术属于微型马达
，具体涉及一种以杨絮纤维为模板制备γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动微型马达的方法。
技术介绍
自2004-2005年合成微纳马达的初次报道以来，开启了微纳马达研究的新篇章。受到自然界微生物运动的启发，国内外研究学者已经开始研究并设计不同形式的微纳马达。作为微纳尺度下的动力装置，微纳马达是微纳机电系统中机械化的先导，对纳米技术的发展具有重要的意义。微纳马达是一种在微纳尺度下能将化学能、光能和电能等其他形式能转化为动能或驱动力推动自身运动的装置。作为微纳机电系统中的动力装置，微纳马达可对输入的能量进行转化用以实现特定的运动，如螺旋运动和直线运动等。由于具有重量轻、体积小和推力大等特点，微纳马达在在生物医疗领域具有巨大应用前景，同样在环境治理等方面表现出突出的优势，应用潜力巨大。杨絮纤维是一种可再生的天然纤维素材料，分子骨架上含有大量的羟基，其形貌为中空管式，具有较大的比表面积，原料来源丰富，成本低廉，环保，并且具有大规模生产的可能性。MnO2用作催化剂以产生气泡推力驱动。MnO2不仅是片状结构，而且还具有优异的生物相容性，可以改善微电机的比表面积。γ-Fe2O3可以控制微电机的运动方向，也可以回收利用，避免二次污染。目前，关于负载三氧化二铁和二氧化锰（γ-Fe2O3/MnO2）的微型马达的相关报道很多，但是采用杨絮纤维作为生物模板，来负载二氧化锰和三氧化二铁的报道目前还没有看到。r>
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以杨絮纤维为模板制备γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动微型马达的方法，其以低廉易得的杨絮纤维作为模板，同时负载γ-Fe2O3和MnO2，制备得到微型马达，其能通过磁性引导和气泡驱动达到难以接近的污染区域进行清洁处理，并且在处理后可通过外部磁场将其回收，避免其造成二次污染。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种以杨絮纤维为模板制备γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动微型马达的方法，包括以下步骤：（1）将杨絮纤维浸泡在三氯化铁溶液中，浸泡时间为24-72h；（2）将步骤（1）处理后的杨絮纤维清洗干燥，然后在氮气保护下烧结，得到烧结样品；（3）将烧结样品与高锰酸钾溶液混合并超声分散均匀，再将混合液置于水热反应釜中，在120℃下反应1-5h，然后再经清洗干燥得到基于γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动微型马达。进一步地，步骤（1）所述三氯化铁水溶液浓度为0.5mol/L。进一步地，步骤（2）中烧结温度为550℃，烧结时间为30min。进一步地，步骤（3）中烧结样品与KMnO4的质量比为4.5:11.06。进一步地，步骤（3）中清洗方式为离心清洗。进一步地，步骤（3）中干燥温度为60℃，干燥时间为48-72h。由上述方法制得的γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动微型马达，其具有优良的吸附性能和循环使用性能，在环保领域有潜在的应用价值。与现有技术相比，本专利技术的主要优点：本专利技术制备的原料普通易得，价格低廉，制备过程简单，绿色环保。在制备合成过程中，先将γ-Fe2O3均匀的分布在木棉纤维的碳管上，然后再负载二氧化锰纳米片，其中二氧化锰纳米片是高锰酸钾与碳管之间反应碳反应后产物，从而得到基于γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动微型马达，其具有优良的吸附性能和循环使用性能，在环保领域有潜在的应用价值。说明书附图图1为负载γ-Fe2O3的SEM图；图2为实施例1制得的微纳马达的SEM图；图3为实施例1制得的微纳马达的EDS图；图4为实施例1制得的微纳马达的XRD图。图5为实施例1制得的微纳马达的驱动图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，以下实例将对本专利技术做进一步说明，但并非用以限制本专利技术的范围。实施例1将0.5mol/L的三氯化铁溶解在50mL去离子水中，放入杨絮纤维浸泡48h，取出木棉用去离子水清洗2-3遍，放入冷冻干燥箱干燥。后将干燥的样品在氮气保护下烧结，以10℃/min升温到550℃保温30min，降至室温取出样品。烧结后的样品取4.5mg放在25mL去离子水超声使得烧结后样品分散在溶液中，后加入11.06mg的高锰酸钾搅拌溶解，转移至50ml聚四氟乙烯水热反应釜中，在120℃下反应1h，待反应完成后冷却至室温。将产物用高速离心机在3000rpm的转速下离心5min，用去离子水清洗，60℃下48h，得到γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动的微纳马达。实施例2-4其他步骤不变，在进行水热反应时反应时间分别为2h、3h、4h得到γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动的微纳马达。实施例5通过配置H2O2溶液放入γ-Fe2O3/MnO2微型马达，放在光学显微镜进行拍摄，外加磁场进行控制微纳马达的运动方向。对上述实施例1-4所得γ-Fe2O3/MnO2微纳马达采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能量色散X射线光谱仪(EDS)等仪器对产物进行分析。通过实施例5，进行微纳马达的驱动测试。图1为负载Fe3O4的碳管的SEM图，可以看出，碳管表面长着许多γ-Fe2O3颗粒。使其具有磁性。图2为实施例1制得γ-Fe2O3/MnO2微型马达的SEM图。可以看出，碳管外表面和内表面长满了片状的MnO2，中间为碳层。图3为实施例1制得γ-Fe2O3/MnO2微型马达的XRD图。可以看出，MnO2在12.2°、24.7°、36.7°、65.6°分别出现（001）、（002）、（-111）、（-311）的特征衍射峰，证明MnO2存在。在30.1°、37.1°、43.1°、57.0°、62.6°分别出现（220）、（311）、（400）、（511）、（440）的特征衍射峰，证明γ-Fe2O3的存在。图4为实施例1制得γ-Fe2O3/MnO2微型马达的EDS图。进一步证实了微型马达内C，Fe，Mn和O的存在和均匀分布。图5为实施例1制得γ-Fe2O3/MnO2微型马达的驱动图，在H2O2溶液中MnO2分解产生气泡驱动，在外加磁场控制微型马达运动方向。虽然以上描述了本专利技术的具体实施方式，但是熟悉本
的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本专利技术的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本专利技术的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本专利技术的权利要求所保护的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于杨絮为模板包覆γ-Fe2O3/MnO2制备磁导气泡驱动微型马达的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：/n（1）将杨絮纤维浸泡在三氯化铁水溶液中，浸泡时间为24-72h；/n（2）将步骤（1）处理后的杨絮纤维清洗干燥，在氮气保护下烧结，得到烧结样品；/n（3）将烧结样品与高锰酸钾溶液混合并超声分散均匀，再置于水热反应釜中，在120℃下反应1-5h，然后再经清洗干燥得到γ-Fe

【技术特征摘要】
1.一种基于杨絮为模板包覆γ-Fe2O3/MnO2制备磁导气泡驱动微型马达的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）将杨絮纤维浸泡在三氯化铁水溶液中，浸泡时间为24-72h；
（2）将步骤（1）处理后的杨絮纤维清洗干燥，在氮气保护下烧结，得到烧结样品；
（3）将烧结样品与高锰酸钾溶液混合并超声分散均匀，再置于水热反应釜中，在120℃下反应1-5h，然后再经清洗干燥得到γ-Fe2O3/MnO2磁导气泡驱动微型马达。


2.根据权利要求1所述的一种基于杨絮为模板包覆γ-Fe2O3/MnO2制备磁导气泡驱动微型马达的方法，其特征在于：步骤（1）中所述三氯化铁水溶液浓度为0.5mol/L。


3.根据权利要求1所述的一种基于杨絮...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婵，吴修凯，肖荣，王乾廷，戴品强，李巍，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建;35