專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金殼磁性橢球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層核殼結(jié)構(gòu)橢球的制備方法。
背景技術(shù)：
蛋白石結(jié)構(gòu)的三維光子晶體是由亞微米尺寸單分散微球緊密堆積成的三維周期性結(jié)構(gòu)，其晶格結(jié)構(gòu)為面心立方晶格或少量的六方晶格。光波在光子晶體中傳播時(shí)，由于布拉格散射而受到調(diào)制形成光子帶隙(PBG)，能量處于光子帶隙內(nèi)的光子將不能進(jìn)入光子晶體，光子晶體的這一特性，使它在光學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)理論計(jì)算，在球形結(jié)構(gòu)基元構(gòu)成的面心立方堆積結(jié)構(gòu)中，對(duì)稱(chēng)性導(dǎo)致了在三維光子晶體第一布里淵區(qū)W-和U-點(diǎn)的能級(jí)兼并，使得完全光子帶隙不可能出現(xiàn)。但隨后根據(jù)理論計(jì)算又指出，從空間形狀、堆積結(jié)構(gòu)和介電性質(zhì)上打破傳統(tǒng)三維光子晶體的對(duì)稱(chēng)性， 對(duì)在三維光子晶體中實(shí)現(xiàn)完全光子帶隙具有重大意義。所以，近年來(lái)人們關(guān)注于非球形為基元建筑光子晶體。已報(bào)道的有蘑菇型和豆瓣二聚物非球型粒子通過(guò)對(duì)流自組裝形成二維或三維有序結(jié)構(gòu)，這些非球型粒子的取向自由和結(jié)晶性減少導(dǎo)致其有序排列缺乏控制。所以，對(duì)于非球型亞微米級(jí)的粒子進(jìn)行自組裝存在巨大挑戰(zhàn)。對(duì)稱(chēng)性在膠體粒子自組裝中起著很重要的作用，對(duì)于有序結(jié)構(gòu)的建筑區(qū)，球形粒子的對(duì)稱(chēng)性最高。在非球型粒子當(dāng)中，圓盤(pán)、棒、橢圓體和圓柱體，任何一個(gè)形狀的對(duì)稱(chēng)性都次于球型，但優(yōu)于其他形狀。在這些形狀中，都有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和垂直于這個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的平面。 根據(jù)計(jì)算研究，這些粒子可以形成有序結(jié)構(gòu)，從而可能獲得完全光子帶隙，其中橢球粒子由于它的外形各向異性效應(yīng)，可以通過(guò)自組裝獲得三維光子晶體。橢球的制備方法較少，華盛頓大學(xué)的夏幼南研究組采用粘彈性形變法最早制備出單分散的聚苯乙烯橢球。他們首先將單分散的聚苯乙烯小球組裝成蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體，然后向其結(jié)構(gòu)中滲入具有良好的粘彈性的橡膠聚合物形成一個(gè)薄膜，通過(guò)加熱，在高于聚苯乙烯玻璃轉(zhuǎn)化溫度條件下拉伸該復(fù)合薄膜，使聚苯乙烯小球在拉伸過(guò)程中發(fā)生形變， 變成橢球形狀，最后用有機(jī)溶劑除去橡膠聚合物，從而制備出單分散的聚苯乙烯橢球。由于每個(gè)橢球的取向自由無(wú)法控制，因此用此種球自組裝無(wú)法形成長(zhǎng)程有序的三維光子晶體。橢球不僅在尺寸和外形上要具有單分散性，而且還要取向可控，才能自組裝形成有序的三維光子晶體。如果合成出橢球型的核殼材料，以具有磁性的粒子做核心，利用磁場(chǎng)來(lái)控制非球型膠粒的軸向取向，便有可能組裝形成具有完全光子帶隙的三維光子晶體。中科院化學(xué)所光化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合成制備了單分散性較好的磁性Y-Fe2O3/ SiO2核殼結(jié)構(gòu)橢球形膠體顆粒，以紡錘形α -Fe2O3作為核心，接著包覆一層二氧化硅形成 α -Fe203/Si02核殼結(jié)構(gòu)橢球，最后再還原氧化使其變成具有磁性的Y -Fe203/Si02核殼結(jié)構(gòu)橢球，利用外加磁場(chǎng)控制非球形顆粒的軸向取向，通過(guò)傳統(tǒng)對(duì)流自組裝法組裝得到橢球基元三維光子晶體，檢測(cè)到了光子帶隙。但是，由于作為最外層SW2包覆層吸光性較差和還原氧化處理過(guò)程中易形成缺陷，采用該核殼結(jié)構(gòu)磁性橢球組裝成的光子晶體在光學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中光熱、光電轉(zhuǎn)化效率低， 遠(yuǎn)不能滿足光學(xué)領(lǐng)域的需求，結(jié)構(gòu)和性能還有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要解決現(xiàn)有核殼結(jié)構(gòu)磁性橢球組裝成的光子晶體存在光熱、光電轉(zhuǎn)化效率低的問(wèn)題，而提供一種外層包覆金殼的磁性橢球制備方法，提高光吸收率，改善光學(xué)性能。一種金殼磁性橢球的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將高氯酸鐵、磷酸二氫鈉和尿素完全溶解于去離子水中，得到均勻混合液，然后將均勻混合液轉(zhuǎn)移到聚四氟反應(yīng)釜中密封，并在溫度為100°c 140°C下反應(yīng) 16h，然后在離心轉(zhuǎn)速為5000r/min 7000r/min下離心8min 12min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為5000r/min 7000r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為5min lOmin，最后在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重為止，即得到紡錘形 α-Fe2O3粒子；步驟一中所述的高氯酸鐵與磷酸二氫鈉的摩爾比為(20 25) 1 ；步驟一中所述的均勻混合液中高氯酸鐵的濃度為0. 05mol/L 0. 15mol/L，所述的均勻混合液中尿素的濃度為0. 05mol/L 0. 15mol/L ；步驟一中所述的均勻混合液的體積與聚四氟反應(yīng)釜的體積之比為1 G 6)；二、將紡錘形α -Fe2O3粒子分散于去離子水中，得到紡錘形α -Fe2O3粒子分散液， 然后在攪拌速度為200r/min 400r/min下加入聚乙烯吡咯烷酮，并在此攪拌速度下反應(yīng) 18h 30h，然后在離心轉(zhuǎn)速為6000r/min 8000r/min下離心6min lOmin，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為6000r/min 8000r/min下離心水洗3 6次， 單次離心水洗時(shí)間為6min IOmin ；步驟二中所述的紡錘形α -Fe2O3粒子分散液中紡錘形 α -Fe2O3粒子的質(zhì)量百分含量為0. 03% 0. 05% ；步驟二中所述加入的聚乙烯吡咯烷酮與紡錘形α-F^O3粒子的質(zhì)量比為(8 12) 1 ；三、將步驟二中最后一次離心得到的固體轉(zhuǎn)移乙醇中，并在頻率為30ΚΗζ 50ΚΗζ 下超聲分散IOmin 20min，得到修飾過(guò)α -Fe2O3粒子乙醇分散液，然后加入質(zhì)量濃度為 20% 30%的氨水，混勻后采用恒壓滴液漏斗逐滴加入正硅酸乙酯/乙醇溶液，并在攪拌速度為200r/min 500r/min、30°C 40°C下攪拌反應(yīng)3h 5h，然后在6000r/min 8000r/min下離心分離，并將得到的固體采用無(wú)水乙醇在6000r/min 8000r/min下離心洗滌3 6次，最后將最后一次洗滌得到的固體在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重，即得到二氧化硅包覆的橢球形粒子(0斤6203/5丨02橢球粒子)；步驟三中所述的修飾過(guò)α-Fe2O3 粒子乙醇分散液中修飾過(guò)α -Fe2O3粒子的濃度為0. 375mg/mL 0. 625mg/mL ；步驟三中所述加入的氨水與乙醇的體積比為1 (16 20)；步驟三中所述的正硅酸乙酯/乙醇溶液中正硅酸乙酯的質(zhì)量百分含量為0.8% 4%;步驟三中所述的修飾過(guò)α-Fe2O3粒子乙醇分散液與正硅酸乙酯/乙醇溶液的體積比為G 8) 1 ；四、首先將二氧化硅包覆的橢球形粒子置于水中，得到濃度為0. 3mg/mL ^ig/ mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液，然后加入質(zhì)量濃度為15% 25%的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液和NaCl，并在攪拌速度為200r/min 400r/min的室溫條件下反應(yīng) IOmin 30min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/min下離心3min 7min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/min下離心水洗2 5 次，單次離心水洗時(shí)間為3min 7min，得到橙色沉淀，最后將橙色沉淀分散于去離子水中， 即得到吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液；步驟四中所述加入質(zhì)量濃度為15% 25%的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液與濃度為0. 3mg/mL ;3mg/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液的體積比為1 (8 12)；步驟四中所述加入的NaCl在濃度為0. 3mg/ mL 3mg/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液中的質(zhì)量濃度為0. 5% ；步驟四中所述的橙色沉淀在去離子水中的質(zhì)量濃度為0. 0. 3% ；五、向濃度為4X 10_4moL/L 6X 10_4moL/L的氯金酸水溶液中加入質(zhì)量濃度為 0. 5% 1. 5%的檸檬酸鈉水溶液，并在攪拌速度為200r/min 400r/min、溫度為90°C 110°C下加熱攪拌5min 15min，然后冷卻至室溫，即得到金溶液；步驟五中所述加入的質(zhì)量濃度為0. 5% 1. 5%的檸檬酸鈉水溶液與濃度為5X 10_4mOL/L的氯金酸水溶液中氯金酸的摩爾比為1 (3. 5 7.0)；六、向吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液中加入金溶液，并在攪拌速度為 200r/min 400r/min的室溫?cái)嚢璺磻?yīng)IOmin 30min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/min下離心!Min 7min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為 7000r/min 9000r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為!Bmin 7min，最后將離心得到的沉淀在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重，即得α -Fe203/Si02/Au橢球粒子；步驟六中所述加入的金溶液與吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液的體積比為1 (3 10)；七、首先將a-Fe203/Si02/Au橢球粒子放入真空管式爐中，然后先以氣體流量為 40 70mL/min通入高純氮?dú)?0min 40min，再以氣體流量為30 60mL/min通入氫氣， 并在350°C 370°C持續(xù)以氣體流量為20 40mL/min通入氫氣的條件下對(duì)a -Fe203/Si02/ Au橢球粒子進(jìn)行還原反應(yīng)60min 80min，即得到金殼磁性橢球(Fe304/Si02/Au橢球)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明步驟一中采用鐵鹽尿素水熱法制備紡錘形a-Fe2O3粒子，其該方法提高了 a-Fe2O3粒子合成的反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，且所合成的a-Fe2O3粒子的結(jié)晶性、均一性較好，從而提高多層核殼橢球的單分散性；二、本發(fā)明在a-Fe203/Si02核殼結(jié)構(gòu)橢球的基礎(chǔ)之上增加一層金，制備出 a -Fe203/Si02/Au核殼橢球粒子，最后通過(guò)高溫氫氣還原轉(zhuǎn)化成具有磁性的i^e304/Si02/Au 核殼橢球，過(guò)程簡(jiǎn)潔，實(shí)施方便，且轉(zhuǎn)換效果良好；三、利用Fi3304/Si02/AU核殼橢球在外加磁場(chǎng)作用下組裝成的光子晶體，由于其結(jié)構(gòu)中的金在光子晶體表面形成表面等離子共振，對(duì)特定波長(zhǎng)的光吸收很強(qiáng)，反射率很低 (< )，所以根據(jù)該特性可作為高效率的光熱、光電轉(zhuǎn)換、紅外敏感元件和紅外隱身材料等。所以本發(fā)明制備的F%04/Si02/AU核殼橢球在光學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。


圖1是試驗(yàn)一步驟一制備的紡錘形a -Fe2O3粒子的透射電鏡圖片；圖2是試驗(yàn)一步驟三制備的二氧化硅包覆的橢球形粒子的透射電鏡圖片；圖3是試驗(yàn)一制備的金殼磁性橢球的透射電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式是一種金殼磁性橢球的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將高氯酸鐵、磷酸二氫鈉和尿素完全溶解于去離子水中，得到均勻混合液，然后將均勻混合液轉(zhuǎn)移到聚四氟反應(yīng)釜中密封，并在溫度為100°c 140°C下反應(yīng) 16h，然后在離心轉(zhuǎn)速為5000r/min 7000r/min下離心8min 12min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為5000r/min 7000r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為5min lOmin，最后在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重為止，即得到紡錘形 α-Fe2O3粒子；步驟一中所述的高氯酸鐵與磷酸二氫鈉的摩爾比為(20 25) 1 ；步驟一中所述的均勻混合液中高氯酸鐵的濃度為0. 05mol/L 0. 15mol/L，所述的均勻混合液中尿素的濃度為0. 05mol/L 0. 15mol/L ；步驟一中所述的均勻混合液的體積與聚四氟反應(yīng)釜的體積之比為1 G 6)；二、將紡錘形α -Fe2O3粒子分散于去離子水中，得到紡錘形α -Fe2O3粒子分散液， 然后在攪拌速度為200r/min 400r/min下加入聚乙烯吡咯烷酮，并在攪拌速度為200r/ min 400r/min下反應(yīng)18h 30h，然后在離心轉(zhuǎn)速為6000r/min 8000r/min下離心 6min lOmin，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為6000r/min 8000r/ min下離心水洗3 6次，單次離心水洗時(shí)間為6min IOmin ；步驟二中所述的紡錘形 α -Fe2O3粒子分散液中紡錘形α -Fe2O3粒子的質(zhì)量百分含量為0. 03% 0. 05%;步驟二中所述加入的聚乙烯吡咯烷酮與紡錘形α-R2O3粒子的質(zhì)量比為(8 12) 1 ；三、將步驟二中最后一次離心得到的固體轉(zhuǎn)移乙醇中，并在頻率為30ΚΗζ 50ΚΗζ 下超聲分散IOmin 20min，得到修飾過(guò)α -Fe2O3粒子乙醇分散液，然后加入質(zhì)量濃度為 20% 30%的氨水，混勻后采用恒壓滴液漏斗逐滴加入正硅酸乙酯/乙醇溶液，并在攪拌速度為200r/min 500r/min、30°C 40°C下攪拌反應(yīng)3h 5h，然后在6000r/min 8000r/min下離心分離，并將得到的固體采用無(wú)水乙醇在6000r/min 8000r/min下離心洗滌3 6次，最后將最后一次洗滌得到的固體在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重，即得到二氧化硅包覆的橢球形粒子(0斤6203/5丨02橢球粒子)；步驟三中所述的修飾過(guò)α-Fe2O3 粒子乙醇分散液中修飾過(guò)α -Fe2O3粒子的濃度為0. 375mg/mL 0. 625mg/mL ；步驟三中所述加入的氨水與乙醇的體積比為1 (16 20)；步驟三中所述的正硅酸乙酯/乙醇溶液中正硅酸乙酯的質(zhì)量百分含量為0.8% 4%;步驟三中所述的修飾過(guò)α-Fe2O3粒子乙醇分散液與正硅酸乙酯/乙醇溶液的體積比為G 8) 1 ；四、首先將二氧化硅包覆的橢球形粒子置于水中，得到濃度為0. 3mg/mL ^ig/ mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液，然后加入質(zhì)量濃度為15% 25%的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液和NaCl，并在攪拌速度為200r/min 400r/min的室溫條件下反應(yīng) IOmin 30min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/min下離心3min 7min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/min下離心水洗2 5 次，單次離心水洗時(shí)間為3min 7min，得到橙色沉淀，最后將橙色沉淀分散于去離子水中， 即得到吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液；步驟四中所述加入質(zhì)量濃度為15% 25%的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液與濃度為0. 3mg/mL ;3mg/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液的體積比為1 (8 12)；步驟四中所述加入的NaCl在濃度為OJmg/ mL 3mg/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液中的質(zhì)量濃度為0. 5% ；步驟四中所述的橙色沉淀在去離子水中的質(zhì)量濃度為0. 0. 3% ；五、向濃度為4X10_4moL/L 6X10_4moL/L的氯金酸水溶液中加入質(zhì)量濃度為 0. 5% 1. 5%的檸檬酸鈉水溶液，并在攪拌速度為200r/min 400r/min、溫度為90°C 110°C下加熱攪拌5min 15min，然后冷卻至室溫，即得到金溶液；步驟五中所述加入的質(zhì)量濃度為0. 5% 1. 5%的檸檬酸鈉水溶液與濃度為5X 10_4mOL/L的氯金酸水溶液中氯金酸的摩爾比為1 (3. 5 7.0)；六、向吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液中加入金溶液，并在攪拌速度為 200r/min 400r/min的室溫?cái)嚢璺磻?yīng)IOmin 30min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/min下離心!Min 7min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為 7000r/min 9000r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為!Bmin 7min，最后將離心得到的沉淀在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重，即得α -Fe203/Si02/Au橢球粒子；
七、首先將α -Fe203/Si02/Au橢球粒子放入真空管式爐中，，然后先以氣體流量為 40 70mL/min通入高純氮?dú)?0min 40min，再以氣體流量為30 60mL/min通入氫氣，并在350°C 370°C持續(xù)以氣體流量為20 40mL/min通入氫氣的條件下對(duì)α -Fe203/Si02/Au 橢球粒子進(jìn)行還原反應(yīng)60min 80min，即得到金殼磁性橢球(Fe304/Si02/Au核殼橢球)。本實(shí)施方式步驟一中采用鐵鹽尿素水熱法制備紡錘形α -Fe2O3粒子，其該方法提高了 α-Fe2O3粒子合成的反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，且所合成的α-Fe2O3粒子的結(jié)晶性、均一性較好，從而提高多層核殼橢球的單分散性；本實(shí)施方式在a-Fe203/Si02核殼結(jié)構(gòu)橢球的基礎(chǔ)之上增加一層金，制備出 a -Fe203/Si02/Au核殼橢球，最后通過(guò)高溫氫氣還原轉(zhuǎn)化成具有磁性的i^e304/Si02/Au核殼橢球，過(guò)程簡(jiǎn)潔，實(shí)施方便，且轉(zhuǎn)換效果良好；利用i^304/Si02/Au核殼橢球在外加磁場(chǎng)作用下組裝成的光子晶體，由于其結(jié)構(gòu)中的金在光子晶體表面形成表面等離子共振，對(duì)特定波長(zhǎng)的光吸收很強(qiáng)，反射率很低 (< )，所以根據(jù)該特性可作為高效率的光熱、光電轉(zhuǎn)換、紅外敏感元件和紅外隱身材料等。所以本實(shí)施方式制備的F%04/Si02/AU核殼橢球在光學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟一中首先將高氯酸鐵、磷酸二氫鈉和尿素完全溶解于去離子水中，得到均勻混合液，然后均勻混合液轉(zhuǎn)移到聚四氟反應(yīng)釜中密封，并在溫度為110°C 130°C下反應(yīng)IOh 14h，然后在離心轉(zhuǎn)速為 5500r/min 6500r/min下離心9min llmin，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為5500r/min 6500r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為6min 9min，最后在溫度為45°C 55°C下干燥至恒重為止，即得到紡錘形a-Fe2O3粒子。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二之一不同點(diǎn)是步驟二中首先將紡錘形a -Fe2O3粒子分散于去離子水中，得到紡錘形a -Fe2O3粒子分散液，然后在攪拌速度為250r/min 350r/min下加入聚乙烯吡咯烷酮，并在攪拌速度為250r/min 350r/ min下反應(yīng)20h ^h，然后在離心轉(zhuǎn)速為6500r/min 7500r/min下離心7min 9min， 并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為6500r/min 7500r/min下離心水洗3 6次，單次離心水洗時(shí)間為7min 9min。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同點(diǎn)是步驟三中將步驟二中最后一次離心得到的固體轉(zhuǎn)移乙醇中，并在頻率為35KHz 45KHz下超聲分散 iaiiin 18min，得到修飾過(guò)α -Fe2O3粒子乙醇分散液，然后加入氨水，混勻后采用恒壓滴液漏斗逐滴加入正硅酸乙酯/乙醇溶液，并在攪拌速度為300r/min 400r/min、32°C 38°C 下攪拌反應(yīng)3. 5h 4. 5h，然后在6500r/min 7500r/min下離心分離，并將得到的固體采用無(wú)水乙醇在6500r/min 7500r/min下離心洗滌3 5次，最后將最后一次洗滌得到的固體在溫度為45°C 55°C下干燥至恒重，即得到二氧化硅包覆的橢球形粒子。其它與具體實(shí)施方式
一至三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同點(diǎn)是步驟四中首先將二氧化硅包覆的橢球形粒子置于水中，得到濃度為lmg/mL ang/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液，然后加入質(zhì)量濃度為18% 22%的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液和NaCl，并在攪拌速度為250r/min 350r/min的室溫條件下反應(yīng)15min 25min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7500r/min 8500r/min下離心^iin 6min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為7500r/min 8500r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為-in 6min，得到橙色沉淀，最后將橙色沉淀分散于去離子水中，即得到吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液。其它與具體實(shí)施方式
一至四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同點(diǎn)是步驟五中向濃度為4. 5X10_4moL/L 5. 5X10_4moL/L的氯金酸水溶液中加入質(zhì)量濃度為0. 8% 1.2%的檸檬酸鈉，并在攪拌速度為250r/min 350r/min、溫度為95°C 105°C下加熱攪拌 7min 13min，然后冷卻至室溫，即得到金溶液。其它與具體實(shí)施方式
一至五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同點(diǎn)是步驟六中向吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液中加入金溶液，并在攪拌速度為250r/min 350r/min的室溫?cái)嚢璺磻?yīng)15min 25min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7500r/min 8500r/min下離心^iin 6min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為7500r/min 8500r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為^iin 6min，最后將離心得到的沉淀在溫度為45°C 55°C下干燥至恒重，即得α -Fe203/Si02/Au橢球粒子。其它與具體實(shí)施方式
一至六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七之一不同點(diǎn)是步驟七中首先將α -Fe203/Si02/Au橢球粒子放入真空管式爐中，然后先以氣體流量為45 65mL/min通入高純氮?dú)?5min :35min，再以氣體流量為；35 55mL/min通入氫氣，并在355°C 365°C 持續(xù)以氣體流量為25 35mL/min通入氫氣的條件下對(duì)α -Fe203/Si02/Au橢球粒子進(jìn)行還原反應(yīng)65min 75min，即得到金殼磁性橢球。其它與具體實(shí)施方式
一至七相同。采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果試驗(yàn)一一種金殼磁性橢球的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將1. 063g高氯酸鐵、0. 018g磷酸二氫鈉和0. 15g尿素完全溶解于30mL去離子水中，得到均勻混合液，然后均勻混合液轉(zhuǎn)移到體積為150mL的聚四氟反應(yīng)釜中密封， 并在溫度為120°C下反應(yīng)12h，然后在離心轉(zhuǎn)速為6000r/min下離心lOmin，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為6000r/min下離心水洗4次，單次離心水洗時(shí)間為7min，最后在溫度為50°C下干燥至恒重為止，即得到紡錘形α -Fe2O3粒子；二、取0. 035g步驟一制備的紡錘形α -Fe2O3粒子分散于IOOmL去離子水中，得到紡錘形α -Fe2O3粒子分散液，然后在攪拌速度為300r/min下加入0. 35g聚乙烯吡咯烷酮， 并在攪拌速度為300r/min下反應(yīng)Mh，然后在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min下離心8min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min下離心水洗4次，單次離心水洗時(shí)間為8min ；三、將步驟二中最后一次離心得到的固體轉(zhuǎn)移SOmL乙醇中，并在頻率為40KHz下超聲分散15min，得到修飾過(guò)α -Fe2O3粒子乙醇分散液，然后加入5mL質(zhì)量濃度為25%的氨水，混勻后采用恒壓滴液漏斗逐滴加入20mL正硅酸乙酯/乙醇溶液，并在攪拌速度為350r/ min、35°C下攪拌反應(yīng)4h，然后在7000r/min下離心分離，并將得到的固體采用無(wú)水乙醇在 7000r/min下離心洗滌3次，最后將最后一次洗滌得到的固體在溫度為50°C下干燥至恒重， 即得到二氧化硅包覆的橢球形粒子0呼％03/5丨02橢球粒子)；步驟三中所述的正硅酸乙酯/乙醇溶液中正硅酸乙酯的質(zhì)量百分含量為；四、取0. 06g步驟三制備的二氧化硅包覆的橢球形粒子置于IOOmL去離子水中，得到濃度為0. 6mg/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液，然后加入13mL質(zhì)量濃度為20% 的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液和0. SgNaCl，并在攪拌速度為300r/min的室溫條件下反應(yīng)20min，然后在離心轉(zhuǎn)速為8000r/min下離心5min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為8000r/min下離心水洗4次，單次離心水洗時(shí)間為5min，得到橙色沉淀， 最后將橙色沉淀分散于50mL去離子水中，即得到吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液；五、向50mL濃度為5 X 10_4moL/L的氯金酸水溶液中加入3mL質(zhì)量濃度為1 %的檸檬酸鈉水溶液，并在攪拌速度為300r/min、溫度為100°C下加熱攪拌lOmin，然后冷卻至室溫，即得到金溶液；六、向吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液中加入IOmL上述金溶液，并在攪拌速度為300r/min的室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，然后在離心轉(zhuǎn)速為8000r/min下離心5min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為8000r/min下離心水洗4次，單次離心水洗時(shí)間為5min，最后將離心得到的沉淀在溫度為50°C下干燥至恒重，即得α -Fe2O3/ SiO2Au橢球粒子；七、首先將α -Fe203/Si02/Au橢球粒子放入真空管式爐中，然后先以氣體流量為 50mL/min通入高純氮?dú)?0min，再以氣體流量為40mL/min通入氫氣，并在360°C持續(xù)以氣體流量為25mL/min通入氫氣的條件下對(duì)α -Fe203/Si02/Au橢球粒子進(jìn)行還原反應(yīng)70min，即得到金殼磁性橢球(Fi3304/Si02/Au橢球)。本試驗(yàn)步驟一制備的紡錘形α -Fe2O3粒子長(zhǎng)約210nm，寬約57歷，長(zhǎng)徑比為1. 7。本試驗(yàn)步驟三中得到的二氧化硅包覆的橢球形粒子的二氧化硅殼厚約為60nm，長(zhǎng)徑比為1.3。采用透射電鏡觀察本試驗(yàn)步驟一制備的紡錘形α -Fe2O3粒子，如圖1所示，圖1是本試驗(yàn)步驟一制備的紡錘形α-Fe2O3粒子的透射電鏡圖片，其放大倍數(shù)為50000倍，標(biāo)尺 500nm ；從圖1中可以清楚的看出α -Fe2O3為紡錘形作為橢球制備的基礎(chǔ)，粒徑尺寸、外形的分散性較好。
采用透射電鏡觀察本試驗(yàn)步驟三制備的二氧化硅包覆的橢球形粒子，如圖2所示，圖2是本試驗(yàn)步驟三制備的二氧化硅包覆的橢球形粒子的透射電鏡圖片，其放大倍數(shù)為40000倍，標(biāo)尺為IOOOnm ；圖2中α -Fe203/Si02橢球的分散性較好，形貌與粒徑大小均一，其中每個(gè)橢球中深色的部分為核心α -Fe2O3，相對(duì)淺色的部分為包覆的第二層Si02。采用透射電鏡觀察本試驗(yàn)制備的金殼磁性橢球，如圖3所示，圖3是本試驗(yàn)制備的金殼磁性橢球的透射電鏡圖片，其放大倍數(shù)為70000倍，標(biāo)尺為500nm ；圖3中的橢球?yàn)槿龑咏Y(jié)構(gòu)，每個(gè)橢球上清晰可見(jiàn)的深色小顆粒為Au顆粒是第三層。
權(quán)利要求
1. 一種金殼磁性橢球的制備方法，其特征在于金殼磁性橢球的制備方法是按以下步驟完成的一、首先將高氯酸鐵、磷酸二氫鈉和尿素完全溶解于去離子水中，得到均勻混合液，然后將均勻混合液轉(zhuǎn)移到聚四氟反應(yīng)釜中密封，并在溫度為100°C 140°C下反應(yīng)他 16h， 然后在離心轉(zhuǎn)速為5000r/min 7000r/min下離心8min 12min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為5000r/min 7000r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為5min lOmin，最后在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重為止，即得到紡錘形 α-Fe2O3粒子；步驟一中所述的高氯酸鐵與磷酸二氫鈉的摩爾比為(20 25) 1 ；步驟一中所述的均勻混合液中高氯酸鐵的濃度為0. 05mol/L 0. 15mol/L，所述的均勻混合液中尿素的濃度為0. 05mol/L 0. 15mol/L ；步驟一中所述的均勻混合液的體積與聚四氟反應(yīng)釜的體積之比為1 G 6)；二、將紡錘形α-Fe2O3粒子分散于去離子水中，得到紡錘形α-Fe2O3粒子分散液，然后在攪拌速度為200r/min 400r/min下加入聚乙烯吡咯烷酮，并在攪拌速度為200r/min 400r/min下反應(yīng)18h 30h，然后在離心轉(zhuǎn)速為6000r/min 8000r/min下離心6min IOmin,并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為6000r/min 8000r/min下離心水洗3 6次，單次離心水洗時(shí)間為6min IOmin ；步驟二中所述的紡錘形α -Fe2O3粒子分散液中紡錘形α -Fe2O3粒子的質(zhì)量百分含量為0. 03% 0. 05% ；步驟二中所述加入的聚乙烯吡咯烷酮與紡錘形α-F^O3粒子的質(zhì)量比為(8 12) 1 ；三、將步驟二中最后一次離心得到的固體轉(zhuǎn)移乙醇中，并在頻率為30ΚΗζ 50ΚΗζ下超聲分散IOmin 20min，得到修飾的α -Fe2O3粒子乙醇分散液，然后加入質(zhì)量濃度為20% 30%的氨水，混勻后采用恒壓滴液漏斗逐滴加入正硅酸乙酯/乙醇溶液，并在攪拌速度為200r/min 500r/min、溫度為30°C 40°C下攪拌反應(yīng)3h 5h，然后在6000r/min 8000r/min下離心分離，并將得到的固體采用無(wú)水乙醇在6000r/min 8000r/min下離心洗滌3 6次，最后將最后一次洗滌得到的固體在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重，即得到二氧化硅包覆的橢球形粒子；步驟三中所述的修飾過(guò)α-Fe2O3粒子乙醇分散液中修飾過(guò) α -Fe2O3粒子的濃度為0. 375mg/mL 0. 625mg/mL ；步驟三中所述加入的氨水與乙醇的體積比為1 (16 20)；步驟三中所述的正硅酸乙酯/乙醇溶液中正硅酸乙酯的質(zhì)量百分含量為0. 8% 4%;步驟三中所述的修飾過(guò)α -Fe2O3粒子乙醇分散液與正硅酸乙酯/乙醇溶液的體積比為G 8) 1 ；四、首先將二氧化硅包覆的橢球形粒子置于水中，得到濃度為0.3mg/mL 3mg/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液，然后加入質(zhì)量濃度為15% 25%的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液和NaCl，并在攪拌速度為200r/min 400r/min的室溫條件下反應(yīng)IOmin 30min,然后在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/min下離心3min 7min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為:3min 7min，得到橙色沉淀，最后將橙色沉淀分散于去離子水中，即得到吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液；步驟四中所述加入質(zhì)量濃度為15% 25%的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液與濃度為0. 3mg/mL ;3mg/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液的體積比為1 (8 12)；步驟四中所述加入的NaCl在濃度為0. 3mg/mL ;3mg/mL 的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液中的質(zhì)量濃度為0. 5% 1%;步驟四中所述的橙色沉淀在去離子水中的質(zhì)量濃度為0. 0. 3% ；五、向濃度為4X10_4moL/L 6X10_4moL/L的氯金酸水溶液中加入質(zhì)量濃度為 0. 5% 1. 5%的檸檬酸鈉水溶液，并在攪拌速度為200r/min 400r/min、溫度為90°C 110°C下加熱攪拌5min 15min，然后冷卻至室溫，即得到金溶液；步驟五中所述加入的質(zhì)量濃度為0. 5% 1. 5%的檸檬酸鈉水溶液與濃度為5X 10_4mOL/L的氯金酸水溶液中氯金酸的摩爾比為1 (3. 5 7.0)；六、向吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液中加入金溶液，并在攪拌速度為200r/ min 400r/min的室溫?cái)嚢璺磻?yīng)IOmin 30min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7000r/min 9000r/ min下離心;3min 7min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為7000r/ min 9000r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為!Bmin 7min，最后將離心得到的沉淀在溫度為40°C 60°C下干燥至恒重，即得α -Fe203/Si02/Au橢球粒子；七、首先將α-Fe203/Si02/Au橢球粒子放入真空管式爐中，，然后先以氣體流量為40 70mL/min通入高純氮?dú)?0min 40min，再以氣體流量為30 60mL/min通入氫氣，并在 350°C 370°C持續(xù)以氣體流量為20 40mL/min通入氫氣的條件下對(duì)α -Fe203/Si02/Au橢球粒子進(jìn)行還原反應(yīng)60min 80min，即得到金殼磁性橢球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金殼磁性橢球的制備方法，其特征在于步驟一中首先將高氯酸鐵、磷酸二氫鈉和尿素完全溶解于去離子水中，得到均勻混合液，然后均勻混合液轉(zhuǎn)移到聚四氟反應(yīng)釜中密封，并在溫度為110°C 130°C下反應(yīng)IOh 14h，然后在離心轉(zhuǎn)速為5500r/min 6500r/min下離心9min llmin，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為5500r/min 6500r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為6min 9min，最后在溫度為45°C 55°C下干燥至恒重為止，即得到紡錘形α -Fe2O3粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金殼磁性橢球的制備方法，其特征在于步驟二中首先將紡錘形α-Fe52O3粒子分散于去離子水中，得到紡錘形α-Fe52O3粒子分散液，然后在攪拌速度為250r/min 350r/min下加入聚乙烯吡咯烷酮，并在攪拌速度為250r/min 350r/min 下反應(yīng)20h ^h，然后在離心轉(zhuǎn)速為6500r/min 7500r/min下離心7min 9min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為6500r/min 7500r/min下離心水洗3 6次，單次離心水洗時(shí)間為7min 9min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種金殼磁性橢球的制備方法，其特征在于步驟三中將步驟二中最后一次離心得到的固體轉(zhuǎn)移乙醇中，并在頻率為35KHz 45KHz下超聲分散 iaiiin 18min，得到修飾過(guò)α -Fe2O3粒子乙醇分散液，然后加入氨水，混勻后采用恒壓滴液漏斗逐滴加入正硅酸乙酯/乙醇溶液，并在攪拌速度為300r/min 400r/min、32°C 38°C 下攪拌反應(yīng)3. 5h 4. 5h，然后在6500r/min 7500r/min下離心分離，并將得到的固體采用無(wú)水乙醇在6500r/min 7500r/min下離心洗滌3 5次，最后將最后一次洗滌得到的固體在溫度為45°C 55°C下干燥至恒重，即得到二氧化硅包覆的橢球形粒子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金殼磁性橢球的制備方法，其特征在于步驟四中首先將二氧化硅包覆的橢球形粒子置于水中，得到濃度為lmg/mL ang/mL的二氧化硅包覆的橢球形粒子水溶液，然后加入質(zhì)量濃度為18% 22%的聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液和 NaCl，并在攪拌速度為250r/min 350r/min的室溫條件下反應(yīng)15min 25min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7500r/min 8500r/min下離心4min 6min，并將離心分離得到的固體采用去CN 102528027 A離子水在離心轉(zhuǎn)速為7500r/min 8500r/min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為 4min 6min，得到橙色沉淀，最后將橙色沉淀分散于去離子水中，即得到吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種金殼磁性橢球的制備方法，其特征在于步驟五中向濃度為4. 5X 10_4moL/L 5. 5X 10_4moL/L的氯金酸水溶液中加入質(zhì)量濃度為0. 8% 1. 2%的檸檬酸鈉，并在攪拌速度為250r/min 350r/min、溫度為95°C 105°C下加熱攪拌7min 13min，然后冷卻至室溫，即得到金溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種金殼磁性橢球的制備方法，其特征在于步驟六中向吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液中加入金溶液，并在攪拌速度為250r/min 350r/ min的室溫?cái)嚢璺磻?yīng)15min 25min，然后在離心轉(zhuǎn)速為7500r/min 8500r/min下離心 4min 6min，并將離心分離得到的固體采用去離子水在離心轉(zhuǎn)速為7500r/min 8500r/ min下離心水洗2 5次，單次離心水洗時(shí)間為^iin 6min，最后將離心得到的沉淀在溫度為45°C 55°C下干燥至恒重，即得α -Fe203/Si02/Au橢球粒子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一種金殼磁性橢球的制備方法，其特征在于步驟七中首先將α -Fe203/Si02/Au橢球粒子放入真空管式爐中，然后先以氣體流量為45 65mL/min通入高純氮?dú)?5min :35min，再以氣體流量為；35 55mL/min通入氫氣，并在 355°C 365°C持續(xù)以氣體流量為25 ;35mL/min通入氫氣的條件下對(duì)α -Fe203/Si02/Au橢球粒子進(jìn)行還原反應(yīng)65min 75min，即得到金殼磁性橢球。
全文摘要
一種金殼磁性橢球的制備方法，它涉及一種多層核殼結(jié)構(gòu)橢球的制備方法。本發(fā)明目的是要解決現(xiàn)有核殼結(jié)構(gòu)磁性橢球組裝成的光子晶體存在光熱、光電轉(zhuǎn)化效率低的問(wèn)題。方法一、制備紡錘形α-Fe2O3粒子；二、先得到紡錘形α-Fe2O3粒子分散液，再加入聚乙烯吡咯烷酮進(jìn)行修飾；三、進(jìn)行二氧化硅包覆得到的二氧化硅包覆的橢球形粒子；四、加入聚二甲基二烯丙基氯化銨水溶液和NaCl制備吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液；五、制備金溶液；六、將金溶液加入吸附聚電解質(zhì)的二氧化硅包覆橢球水溶液中，得到α-Fe2O3/SiO2/Au橢球粒子；七、氫氣還原得到Fe3O4/SiO2/Au橢球。本發(fā)明主要用于制備金殼磁性橢球。
文檔編號(hào)B01J13/02GK102528027SQ201210044100
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者張?chǎng)? 徐洪波, 李垚, 趙九蓬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)