可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球及制备方法技术

本申请涉及可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球及制备方法，该方案包括：a，将六水合三氯化铁溶解于溶解剂中并加入不同质量比的聚乙二醇和柠檬酸钠，超声分散并搅拌直至完全溶解，得到黄色透明溶液；b，将无水乙酸钠加入至黄色透明溶液中，并持续搅拌直至得到深棕色溶液；c，将深棕色溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封加热反应设定时间后，自然冷却至室温，得到黑色沉淀物；d，将黑色沉淀物磁分离，并用乙醇和水反复清洗，再干燥得到可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球。本申请方法简便，为精细纳米结构的研究，尤其在光学、磁性、催化和生物应用中纳米颗粒依赖性能的研究提供了新的视角。粒依赖性能的研究提供了新的视角。粒依赖性能的研究提供了新的视角。

【技术实现步骤摘要】
可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球及制备方法


[0001]本申请涉及磁性纳米材料制备
，具体涉及可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球及制备方法。

技术介绍

[0002]立方反尖晶石结构的四氧化三铁(Fe3O4)纳米微球，因为其固有的磁性特征与纳米尺寸和表面效应相结合，可用于铁磁流体、催化剂、生物测定、化学传感器和电照相显影剂等重要领域。纳米材料的结构和理化性质在很大程度上与平均颗粒大小、颗粒形状、晶体顺序、表面特性以及键合分子的存在与否有关。研究表明，Fe3O4的磁性不仅与颗粒的大小和表面有很大关系，而且与颗粒的结晶度联系紧密。这种次生Fe3O4颗粒是由小的Fe3O4纳米晶体组成的，在溶液中可以稳定存在，并对外加磁场表现出快速的磁响应。
[0003]目前，对于此种超顺磁性的Fe3O4微球已有大量文献和专利进行报道。CN110615484A公开了一种共沉淀法制备磁性四氧化三铁纳米粒的方法；CN110615483A公开了一种水热法制备磁性四氧化三铁纳米粒的方法；CN106622050A公开了一种可光催化降解染料且重复使用的磁性Fe3O4微球的制备方法及其应用；CN101337695B公开了一种用微波制备粒径可调纳米四氧化三铁微球的方法。但相关报道大多都是以制备超顺磁性Fe3O4微球进行研究，或者对制备的超顺磁性Fe3O4微球进行后续表面改性处理。目前对Fe3O4进行精细结构控制的报道较少。
[0004]对于Fe3O4纳米微球，初生纳米晶体的大小决定了整个粒子是由单个磁畴还是多个磁畴组成。当它们暴露在磁场中时，这将影响磁化(超顺磁性或铁磁性)和磁损耗的大小。由于对晶粒尺寸可调的二次结构Fe3O4材料开发合理的合成方法具有挑战性，因此对这种具有晶粒尺寸相关性能的二次结构Fe3O4材料的研究甚少。
[0005]因此，迫切需要开发一种可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球及制备方法，通过一步法构建纳米晶粒尺寸可调的Fe3O4颗粒，并系统研究它们的晶粒尺寸与磁性能的相关性。
[0006]申请内容
[0007]本申请的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球及制备方法。
[0008]本申请实施目的在于利用两种不同的表面活性剂聚乙二醇和柠檬酸钠共同调控Fe3O4晶体成核生长过程。通过改变聚乙二醇与柠檬酸钠的质量比，初生Fe3O4纳米晶粒的尺寸可控调节为5～20nm。对于二级结构纳米微球尺寸相同的情况下，初生纳米晶粒与磁响应密切相关，通过调控初生纳米晶粒的尺寸，从而调控磁响应时间以及形成的次生纳米微球的表面精细结构即比表面积，从而使其更好地应用于生物分离、磁性治疗、药物载体等领域。
[0009]为了实现上述申请目的，本申请采用了以下技术方案：可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球制备方法包括以下步骤：
[0010]a，将六水合三氯化铁溶解于溶解剂中并加入不同质量比的聚乙二醇和柠檬酸钠，超声分散并搅拌直至完全溶解，得到黄色透明溶液；
[0011]其中，聚乙二醇和柠檬酸钠作为表面活性剂；
[0012]b，将无水乙酸钠加入至黄色透明溶液中，并持续搅拌直至得到深棕色溶液；
[0013]其中，无水乙酸钠作为静电稳定剂；
[0014]c，将深棕色溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封加热反应设定时间后，自然冷却至室温，得到黑色沉淀物；
[0015]d，将黑色沉淀物磁分离，并用乙醇和水反复清洗，再干燥得到可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球，该可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球为次生四氧化三铁纳米晶粒；
[0016]其中，通过调节聚乙二醇和柠檬酸钠的质量比实现可调晶粒尺寸和可调磁响应时间。
[0017]进一步地，步骤a中，溶解剂为乙二醇和/或二乙二醇。
[0018]进一步地，步骤a中，聚乙二醇的质量为0～0.8g，柠檬酸钠的质量为0～0.4g。
[0019]进一步地，步骤a中，溶解剂的量为六水合三氯化铁的50～150倍。更优选地，溶剂物质的量为六水合三氯化铁物质的量的70～100倍。
[0020]进一步地，步骤a中，聚乙二醇分子量为200～20000。更优选地，中聚乙二醇分子量为1000或2000。
[0021]进一步地，步骤b中，无水乙酸钠物质的量为六水合三氯化铁物质的量的3～9倍。更优选地，无水乙酸钠物质的量为六水合三氯化铁物质的量的4～8倍。
[0022]进一步地，步骤c中，不锈钢反应釜在深棕色溶液进入前，温度加热到180～200，加入后反应时间为4～48h。更优选地，高温反应温度为190～210，反应时间为6h～24h。
[0023]进一步地，步骤c中，不锈钢反应釜中的初生四氧化三铁纳米晶粒的尺寸为5～20nm。
[0024]进一步地，次生四氧化三铁微球粒径为100mm，磁响应时间为2～30s。
[0025]进一步地，步骤b中，搅拌时间为15～60min，且为剧烈搅拌或者高速搅拌。
[0026]进一步地，步骤d中，黑色沉淀物进行清洗后，可将其进行真空干燥35～45以防止表面氧化。
[0027]可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球，通过上述的可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球制备方法制备得到。
[0028]与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
[0029]1.本申请以Fe
3+
为铁源，将其溶于溶剂后，添加静电稳定剂和表面活性剂，通过溶剂热法部分还原Fe
3+
一步合成可调晶粒尺寸和磁响应的Fe3O4微球，纳米Fe3O4微球的形成过程符合Ostwald熟化机理，Fe3O4属立方反尖晶石结构，氧原子形成紧密堆积，铁原子分布于四面体和八面体的空隙。Fe3O4四面体晶核形成以后，当环境适于其生长时，Fe3O4四面体晶核的六个晶面的面心同性快速生长、消失，从而形成球形的初生Fe3O4纳米晶粒。新形成的纳米晶体由于含有较高的表面能而不稳定，因此有很大的快速聚集的倾向。故形成的纳米晶粒自组装生长成次生纳米Fe3O4微球。
[0030]2.本申请通过溶剂热法制备四氧化三铁微球，同时添加不同质量比的两种不同的
表面活性剂聚乙二醇和柠檬酸钠对合成的Fe3O4初生纳米晶粒尺寸进行调控，从而影响次生纳米微球的精细表面结构，同时，可在相同次生纳米微球尺寸的情况下，产生不同磁响应时间。对于二级结构纳米微球尺寸相同的情况下，初生纳米晶粒与磁响应密切相关，通过调控初生纳米晶粒的尺寸，从而调控磁响应时间以及形成的次生纳米微球的表面精细结构即比表面积，从而使其更好地应用于生物分离、磁性治疗、药物载体等领域。此外，本申请方法过程操作简单，这种通用方法也适用于一系列铁氧体粒子的制备，该方法还可应用于其他具有晶粒尺寸相关性能的磁性材料的合成。
[0031]3.本申请采用聚乙二醇和柠檬酸钠共同作为表面封端剂，吸附在晶粒表面，调控Fe3O4晶粒尺寸主要有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a，将六水合三氯化铁溶解于溶解剂中并加入不同质量比的聚乙二醇和柠檬酸钠，超声分散并搅拌直至完全溶解，得到黄色透明溶液；其中，聚乙二醇和柠檬酸钠作为表面活性剂；b，将无水乙酸钠加入至所述黄色透明溶液中，并持续搅拌直至得到深棕色溶液；其中，无水乙酸钠作为静电稳定剂；c，将所述深棕色溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封加热反应设定时间后，自然冷却至室温，得到黑色沉淀物；d，将所述黑色沉淀物磁分离，并用乙醇和水反复清洗，再干燥得到可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球，该可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球为次生四氧化三铁纳米晶粒；其中，通过调节聚乙二醇和柠檬酸钠的质量比实现可调晶粒尺寸和可调磁响应时间。2.根据权利要求1所述的可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球制备方法，其特征在于，步骤a中，所述溶解剂为乙二醇和/或二乙二醇。3.根据权利要求1所述的可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球制备方法，其特征在于，步骤a中，聚乙二醇的质量为0～0.8g，柠檬酸钠的质量为0～0.4g。4.根据权利要求1所述的可调晶粒尺寸和磁响应的四氧化三铁纳米微球制备方法，其特征在于，步骤a中，溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泓，张龙辉，倪小璐，沈志林，
申请(专利权)人：浙江泰林生命科学有限公司，
类型：发明
国别省市：