一種納米Fe₃O₄的製備方法

2023-06-14 09:57:36

專利名稱：一種納米Fe3O4的製備方法
技術領域：
本發明屬於納米技術，具體涉及一種納米Fe必的製備方法。
技術背景鐵氧體Fe:A因其在藥物載體和磁記錄等方面具有重要的應用價值引起 人們極大的興趣，特別是當人們發現Fe304具有100y。的自旋極化成為半金屬 材料後，FeA再次成為人們廣泛研究的焦點。如何簡單方便的製備出納米 FeA是實現其應用價值的關鍵。國內外有關納米FeA的製備己經有很多的 報導。目前用共沉澱法或還原法製備Fe,A的顆粒尺寸只有幾十個納米，而且分 散性也很好，但是對合成條件要求較高，大多數方法需要一些昂貴的甚至 有毒的化學試劑和複雜的合成步驟，不能實現大規模的應用。形成的FeA 表面也容易被氧化， 一般還要儲存在有機物中。因此不可能有效用來製備 自旋電子器件。檸檬酸-硝酸鹽溶膠凝膠自蔓延燃燒反應法已經成功合成了尖晶石鐵氧 體NiFe204、 ZnFe204、 CoFe203QMnFe204,這種方法簡單，化學配比和顆粒尺寸 能夠很好控制，而且所需成本低，目前己經成為尖晶石鐵氧體合成的主要 方法。據DelMonte F等研究發現，有機物中的還原性物質可以將Fe (III)還原 為FeA，該研究發表於《Langmuir》(1997年第13期，P3627-3634) 。 Fe304 也屬於尖晶石鐵氧體，但用檸檬酸-硝酸鹽溶膠凝膠自蔓延燃燒反應製備 Fe304尚沒有出現任何報導。發明內容本發明針對現有納米Fe304製備方法，製得的納米^304純度低，汙染大 的弊端，本發明提供了一種納米FeA的製備方法，該方法製備的FeA純度 高，無汙染，達到了綠色合成目的。一種納米Fe304的製備方法，其特徵在於該製備方法的步驟為a. 在40。C空氣環境中，將摩爾比為1:1-3:1的分析純Fe(N0:,)3.9H20 和分析純C6H807 *H20溶解於去離子水中，其中F,的摩爾濃度為 0.4-lmol/l;b. 將配置好的混合水溶液放入水浴箱中超聲波攪拌，攪拌時間不低於 30分鐘，讓溶液混合均勻，然後在75。C-85。C水浴中蒸發直到轉變成透明 的鐵的檸檬酸絡合物凝膠為止；c. 將所得溼的凝膠放在溫度為13(TC烘箱中進一步乾燥以除去剩餘的 水分，再將除去剩餘水分的凝膠放到電阻爐上加熱直到凝膠開始自蔓延燃 燒為止；d. 將自蔓延燃燒所得到的Fe304的前驅蓬鬆物質，經研磨均勻得到粉體， 然後在惰性氣體氣氛爐中燒結，燒結溫度為650-680°C，燒結時間為10-12 小時，最後自然降至到室溫，即可獲得納米Fe^粉體。優選地，將自蔓延燃燒所得到的FeA的前驅蓬鬆物質，經研磨均勻後 得到粉體，並將粉體壓成片塊體，然後在惰性氣體氣氛爐中燒結，燒結溫 度為650-680。C，燒結時間為10-12小時，最後自然降至到室溫，即可獲得 納米Fe304塊體。優選地，所述惰性氣體為氬氣。本發明具有以下優點1) 本發明的製備方法所需要原材料較少，成本較低；2) 本發明既可以製備出Fe,304納米粉，也可以製備出Fe:A納米塊狀樣口口h ;3) 本發明所用的化學試劑無毒無害，化學合成過程中也無有毒物質產 生，完全是一個綠色製備；4) 本發明的合成技術具有很強的實用性；5) 本發明通過調節Fe(N03)3 9H20和C6H807 H20的摩爾比，可以很好 的控制顆粒的分散性。


圖1為本發明所得到的納米Fe必的XRD衍射圖； 圖2為本發明所得到的納米Fe304的磁滯回線圖； 圖3、圖4、圖5為本發明所得到的納米Fe304的掃描電鏡照片。
具體實施方式
實施例1:利用本發明，在空氣環境、40。C下將摩爾比為l:l的Fe(N03)3'9H20和 C6H807 H20溶解於50ml去離子水中，其中Fe"的摩爾濃度為0. 4mo1/1。將 配置好的混合溶液放入水浴箱中超聲波攪拌30分鐘，然後在75。C水浴中蒸 發直到轉變成透明的膠體為止。再將所得溼凝膠放在設置溫度為13(TC烘箱 中進一步乾燥45分鐘以除去剩餘的水分，接著迅速將除去剩餘水分的凝膠 放到電阻爐上加熱直到凝膠開始自蔓延燃燒為止。然後將自蔓延燃燒所得到的蓬鬆物質研磨30分鐘得到粉體，把粉體壓成片塊體放在氣氛爐中，最 後在氬氣氣氛中65(TC燒結10小時，即獲得納米Fe304塊狀樣品Sl。樣品 Sl的XRD衍射圖、磁滯回線圖和掃描電鏡照片圖如圖1、圖2和圖3所示。實施例2:在空氣環境、40。C下將摩爾比為2:1的Fe (N03) 3 恥0和C雞 H20溶 解於40ml去離子水中，其中Fe3+的摩爾濃度為0.5mo1/1。將配置好的混合 溶液放入水浴箱中超聲波攪拌30分鐘，然後在77。C水浴中蒸發直到轉變成 透明的膠體為止。再將所得溼凝膠放在設置溫度為13(TC烘箱中進一步乾燥 35分鐘以除去剩餘的水分，接著迅速將除去剩餘水分的凝膠放到電阻爐上 加熱直到凝膠開始自蔓延燃燒為止。然後將自蔓延燃燒所得到的蓬鬆物質 研磨30分鐘得到粉體，將粉體放在氣氛爐中，最後在氬氣氣氛中670'C燒 結11小時，即獲得納米Fe304粉體狀樣品S2。樣品S2的XRD衍射圖、磁滯 回線圖和掃描電鏡照片圖如圖1、圖2和圖4所示 實施例3:在空氣環境、40。C下將摩爾比為3:1的Fe(N03)3 '，和，7 H20溶 解於20ml去離子水中，其中Fe3+的摩爾濃度為lmo1/1。將配置好的混合溶 液放入水浴箱中超聲波攪拌40分鐘，然後在85。C水浴中蒸發直到轉變成透 明的膠體為止。再將所得溼凝膠放在設置溫度為13(TC烘箱中進一步乾燥 30分鐘以除去剩餘的水分，接著迅速將除去剩餘水分的凝膠放到電阻爐上 加熱直到凝膠開始自蔓延燃燒為止。然後將自蔓延燃燒所得到的蓬鬆物質 研磨30分鐘得到粉體，將粉體放在氣氛爐中，最後在氬氣氣氛中68(TC燒 結12小時，即獲得納米Fe304粉末狀樣品S3。樣品S3的XRD衍射圖、磁滯回線圖和掃描電鏡照片圖如圖1、圖2和圖5所示。參照圖l，從S1、 S2和S3樣品的XRD衍射圖可以看出採用以上方法 獲得的納米四氧化三鐵粉體和塊材樣品結晶度都很高，穩定性也很好。由於Y -Fe必和Fe304有相同的XRD衍射圖，此時還不能完全肯定是Fe,A， 但是參照圖2，從S1、 S2和S3樣品的磁滯回線圖可以看出製備四氧化三 鐵的矯頑力和剩磁都很小，所有樣品的最大磁化強度都基本一樣 ( 90emu/g)，比單晶Y -Fe203飽和磁化強度(76emu/g)還要大，也就排除了 Y-FeA的存在。參照圖3、圖4和圖5的Sl、 S2和S3樣品掃描電鏡照片圖上可以看出 製備的四氧化三鐵粒徑在300-500nm內，改變Fe (N03) 3 9H20和C6H807 H20 的摩爾比能很好的控制納米顆粒的分散性。上述是對於本發明最佳實施例工藝步驟的詳細描述，本發明技術領域的 研究人員可以根據上述的步驟作形式和內容方面非實質性的改變而不偏離 本發明所實質保護的範圍，因此，本發明不局限於上述具體的實施實例。
權利要求
1.一種納米Fe3O4的製備方法，其特徵在於該製備方法的步驟為a.在40℃空氣環境中，將摩爾比為1∶1-3∶1的分析純Fe(NO3)3·9H2O和分析純C6H8O7·H2O溶解於去離子水中，其中Fe3+的摩爾濃度為0.4-1mol/l；b.將配置好的混合水溶液放入水浴箱中超聲波攪拌，攪拌時間不低於30分鐘，讓溶液混合均勻，然後在75℃-85℃水浴中蒸發直到轉變成透明的鐵的檸檬酸絡合物凝膠為止；c.將所得溼的凝膠放在溫度為130℃烘箱中進一步乾燥以除去剩餘的水分，再將除去剩餘水分的凝膠放到電阻爐上加熱直到凝膠開始自蔓延燃燒為止；d.將自蔓延燃燒所得到的Fe3O4的前驅蓬鬆物質，經研磨均勻得到粉體，然後在惰性氣體氣氛爐中燒結，燒結溫度為650-680℃，燒結時間為10-12小時，最後自然降至到室溫，即可獲得納米Fe3O4粉體。
2. 根據權利要求1所述的一種納米FeA的製備方法，其特徵在於將自 蔓延燃燒所得到的Fe304的前驅蓬鬆物質，經研磨均勻後得到粉體，並將粉 體壓成片塊體，然後在惰性氣體氣氛爐中燒結，燒結溫度為650-S8(TC，燒 結時間為10-12小時，最後自然降至到室溫，即可獲得納米Fe304塊體。
3. 根據權利要求1或2所述的一種納米Fe304的製備方法，其特徵在於 所述惰性氣體為氬氣。
全文摘要
一種納米Fe3O4的製備方法，採用檸檬酸-硝酸鹽溶膠凝膠自蔓延燃燒反應法，其步驟為a.將分析純Fe(NO3)3·9H2O和分析純C6H8O7·H2O溶解於去離子水中；b.將配置好的混合水溶液放入水浴箱中超聲波攪拌，然後在水浴中蒸發直到轉變成透明的鐵的檸檬酸絡合物凝膠為止；c.將所得溼的凝膠放在烘箱中進一步乾燥以除去剩餘的水分，再將除去剩餘水分的凝膠放到電阻爐上加熱直到凝膠開始自然為止；d.將自蔓延燃燒所得到的Fe3O4的前驅蓬鬆物質，經研磨均勻得到粉體，然後在惰性氣體氣氛爐中燒結，最後自然降至到室溫，即可獲得納米Fe3O4粉體。本發明製備的Fe3O4純度高，無汙染，達到了綠色合成目的。
文檔編號C01G49/08GK101229931SQ20081004678
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月25日 優先權日2008年1月25日
發明者何驚華, 王永強, 田召明, 袁松柳 申請人:華中科技大學