專利名稱：一種四氧化三鐵網(wǎng)狀結構納米帶的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米材料制備技術領域，具體說涉及一種四氧化三鐵網(wǎng)狀結構納米帶的制備方法。
背景技術：
無機物納米帶的制備與性質研究目前是材料科學、凝聚態(tài)物理、化學等學科研究的前沿熱點之一。納米帶是一種用人工方法合成的呈帶狀結構的納米材料，它的橫截面是一個矩形結構，其厚度在納米量級，寬度可達到微米級，而長度可達幾百微米，甚至幾毫米。 納米帶由于其不同于管、線材料的新穎結構以及獨特的光、電、磁等性能而引起人們的高度重視。四氧化三鐵!^e3O4是一種重要的廣泛使用的磁性材料，如在磁存儲材料、微波吸收、特種涂料、藥物靶向引導、磁多功能復合材料、催化劑以及生物工程等方面有重要的應用。目前研究者已用沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱與溶劑熱法、熱分解法等方法成功地制備出了納米顆粒、納米棒、納米線、納米膜、雜化結構和核殼結構納米晶等納米材料。 張學斌等采用靜電紡絲法用聚乙烯醇PVA為模板劑制備了 !^e3O4納米纖維[中國發(fā)明專利， 申請?zhí)?0111000(^48. 2]。目前，未見有!^e3O4納米帶的相關報道。專利號為1975504的美國專利公開了一項有關靜電紡絲方法(electrospirming) 的技術方案，該方法是制備連續(xù)的、具有宏觀長度的微納米纖維的一種有效方法，由 i^ormhals于1934年首先提出。這一方法主要用來制備高分子納米纖維，其特征是使帶電的高分子溶液或熔體在靜電場中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向對面的接收屏，從而實現(xiàn)拉絲，然后在常溫下溶劑蒸發(fā)，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近 10年來，在無機纖維制備技術領域出現(xiàn)了采用靜電紡絲方法制備無機化合物如氧化物納米纖維的技術方案，所述的氧化物包括TiO2, ZrO2, Y2O3> Y2O3:RE3+(RE3+ = Eu3+、Tb3+、Er3+、 Yb3+/Er3+)、NiO、Co3O4、Mn2O3> Mn3O4, CuO、SiO2, A1203、V2O5, ZnO, Nb2O5, MoO3> CeO2, LaMO3 (Μ =Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Al)、Y3Al5O12, La2Zr2O7等金屬氧化物和金屬復合氧化物。已有人利用靜電紡絲技術成功制備了高分子納米帶(Materials Letters, 2007,61 =2325-2328 ； Journal of Polymer Science =Part B =Polymer Physics，2001，39 :2598-2606)。有人利用錫的有機化合物，使用靜電紡絲技術與金屬有機化合物分解技術相結合制備了多孔SnA 納米帶(Nanotechnology，2007，18 :435704)；有人利用靜電紡絲技術首先制備了 PEO/氫氧化錫復合納米帶，將其焙燒得到了多孔SnO2納米帶(J. Am. Ceram. Soc. ,2008,91(1) 257-262)。董相廷等采用靜電紡絲技術制備了稀土氟化物納米帶[中國發(fā)明專利，申請?zhí)?201010108039. 7]、二氧化鈦納米帶[中國發(fā)明專利，ZL200810050948. 2]和 Gd3Ga5O12 = Eu3+ 多孔納米帶[高等學?；瘜W學報，2010，31(7)，1291-1四6]。目前，未見!^e3O4網(wǎng)狀結構納米帶的相關報道。利用靜電紡絲技術制備納米材料時，原料的種類、高分子模板劑的分子量、紡絲液的組成、紡絲過程參數(shù)和熱處理工藝對最終產品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明先采用靜電紡絲技術，以九水合硝酸鐵狗(NO3) 3 ·9Η20為原料，加入溶劑N，N- 二甲基甲酰胺DMF 和高分子模板劑聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到紡絲液后進行靜電紡絲，在最佳的實驗條件下， 制備出PVP/Fe (NO3)3復合納米帶，將其在空氣中進行熱處理，得到α -Fe2O3納米帶，再用氫氣H2和氮氣N2的混合氣體進行熱還原，制備出結構新穎、純相的!^e3O4網(wǎng)狀結構納米帶。

發(fā)明內容
在背景技術中的制備!^e3O4納米顆粒、納米棒、納米線、納米膜、雜化結構和核殼結構納米晶等納米材料，采用了沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱與溶劑熱法、熱分解法等方法。
背景技術：
中的使用靜電紡絲技術制備了 !^e3O4、其他金屬氧化物、金屬復合氧化物納米纖維、高分子納米帶、SnO2納米帶、TiO2納米帶、Gd3Ga5O12 = Eu3+多孔納米帶和稀土氟化物納米帶。所使用的原料、模板劑和溶劑都與本發(fā)明的方法不同。為了在I^e3O4納米材料領域提供一種新型的納米帶材料，我們將靜電紡絲技術與氫氣熱還原技術相結合，發(fā)明了 I^e3O4 網(wǎng)狀結構納米帶的制備方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，首先制備出用于靜電紡絲的具有一定粘度的紡絲液，應用靜電紡絲技術進行靜電紡絲，在最佳的實驗條件下，制備出PVP/Fe (NO3)3復合納米帶，將其在空氣中進行熱處理，得到α -Fe2O3納米帶，再用氫氣H2和氮氣隊的混合氣體進行熱還原， 制備出了結構新穎純相的!^e3O4網(wǎng)狀結構納米帶。其步驟為(1)制備PVP/^e (NO3) 3復合納米帶鐵源使用的是九水合硝酸鐵!^e (NO3)3 · 9Η20，高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮 PVP，分子量為90000，采用N, N- 二甲基甲酰胺DMF為溶劑，將Ig Fe (NO3) 3 ·9Η20加入到IOg DMF中并磁力攪拌混合均勻后，再加入3. 6g PVP,繼續(xù)攪拌1 得到紡絲液，將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，插入碳棒作陽極，用鐵絲網(wǎng)做陰極，噴頭內徑0. 5mm，采用豎噴方式，噴頭與水平面垂直，施加8kV的直流電壓，固化距離Hcm，室溫18 25°C，相對濕度為40% 70%，進行靜電紡絲得到PVP/Fe (NO3)3復合納米帶；(2)制備 α-!^e2O3 納米帶將所述的PVP/Fe (NO3)3復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，以1°C /min的升溫速率升至650°C并保溫4h，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到α -Fe2O3納米帶；(3)制備!^e3O4網(wǎng)狀結構納米帶將所述的α-Fe2O3納米帶置于真空管式爐中，先用真空泵抽出爐中空氣，然后通入5%氫氣+95%氮氣的混合氣體，再以5°C /min的升溫速率升至450°C并保溫2h，之后自然冷卻至室溫，得到!^e3O4網(wǎng)狀結構納米帶，帶寬約為3. 5 μ m,厚度約為50nm，長度大于 50 μ m0在上述過程中所述的!^e3O4網(wǎng)狀結構納米帶具有良好的晶型，帶寬約為3. 5μπι，厚度約為50nm，長度大于50 μ m,實現(xiàn)了發(fā)明目的。


圖1是PVP/i^e (NO3) 3復合納米帶的SEM照片；圖2是α -Fe2O3納米帶的XRD譜圖；圖3是α -Fe2O3納米帶的SEM照片；
圖4是Fii3O4網(wǎng)狀結構納米帶的XRD譜圖；圖5是Fi53O4網(wǎng)狀結構納米帶的SEM照片，該圖兼作摘要附圖；圖6是狗304網(wǎng)狀結構納米帶的磁滯回線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所選用的九水合硝酸鐵狗(NO3) 3 · 9H20，聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量 90000，氫氣，氮氣和N，N-二甲基甲酰胺DMF均為市售分析純產品；所用的玻璃儀器、坩堝和設備是實驗室中常用的儀器和設備。實施例將Ig Fe (NO3) 3 · 9H20加入到IOg DMF中并磁力攪拌混合均勻后，再加入 3. 6g PVP，繼續(xù)攪拌1 得到紡絲液，將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，插入碳棒作陽極，用鐵絲網(wǎng)做陰極，噴頭內徑0. 5mm，采用豎噴方式，噴頭與水平面垂直，施加SkV 的直流電壓，固化距離14cm，室溫18 25°C，相對濕度為40% 70%，進行靜電紡絲得到 PVP/Fe (NO3)3復合納米帶，寬度約13. 35 μ m，厚度約為139nm，見圖1所示；將所述的PVP/ I^e(NO3)3復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，以1°C /min的升溫速率升至650°C并保溫4h，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到α -Fe2O3納米帶，具有良好的結晶性，其衍射峰的d值和相對強度與!^e2O3的PDF標準卡片(33-0664)所列的d值和相對強度一致，屬于三方晶系的α相I^e2O3納米帶，見圖2所示，所述的α-Fe2O3納米帶的帶寬約為3. 45 μ m，厚度約51. lnm，見圖3所示；將所述的α-Fe2O3納米帶置于真空管式爐中，先用真空泵抽出爐中空氣，然后通入5%氫氣+95%氮氣的混合氣體，再以5°C /min的升溫速率升至450°C并保溫池，之后自然冷卻至室溫，得到!^3O4網(wǎng)狀結構納米帶，具有良好的結晶性，其衍射峰的 d值和相對強度與!^e3O4的PDF標準卡片(74-0748)所列的d值和相對強度一致，屬于立方晶系尖晶石型結構的狗304納米帶，見圖4所示，所述的!^e3O4納米帶具有網(wǎng)狀結構，帶寬約為3. 5 μ m，厚度約為50nm，長度大于50 μ m，見圖5所示，所述的!^e3O4納米帶具有較強的磁性，其飽和磁化強度為91. 61emu/g，剩磁為32. 96emu/g，矯頑力為393. 560e，見圖6所示。當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種四氧化三鐵網(wǎng)狀結構納米帶的制備方法，其特征在于，采用靜電紡絲技術與氫氣熱還原技術相結合的方法，使用聚乙烯吡咯烷酮PVP為高分子模板劑，采用N，N-二甲基甲酰胺DMF為溶劑，制備產物為四氧化三鐵網(wǎng)狀結構納米帶，其步驟為(1)制備PVP/Fe(NO3)3復合納米帶鐵源使用的是九水合硝酸鐵Fe (NO3) 3 · 9H20,將Ig Fe (NO3) 3 · 9H20加入到IOg DMF中并磁力攪拌混合均勻后，再加入3. 6g PVP，繼續(xù)攪拌1 得到紡絲液，將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，插入碳棒作陽極，用鐵絲網(wǎng)做陰極，噴頭內徑0. 5mm，采用豎噴方式，噴頭與水平面垂直，施加8kV的直流電壓，固化距離Hcm，室溫18 25°C，相對濕度為 40% 70%，進行靜電紡絲得到PVP/Fe (NO3)3復合納米帶；(2)制備α-Fe2O3納米帶將所述的PVP/Fe (NO3)3復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，以1°C /min的升溫速率升至650°C并保溫4h，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到α -Fe2O3納米帶；(3)制備!^e3O4網(wǎng)狀結構納米帶將所述的α-Fe2O3納米帶置于真空管式爐中，先用真空泵抽出爐中空氣，然后通入5% 氫氣+95%氮氣的混合氣體，再以5°C /min的升溫速率升至450°C并保溫池，之后自然冷卻至室溫，得到狗304網(wǎng)狀結構納米帶，帶寬約為3. 5 μ m，厚度約為50nm，長度大于50 μ m。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種四氧化三鐵網(wǎng)狀結構納米帶的制備方法，其特征在于， 高分子模板劑為分子量Mr = 90000的聚乙烯吡咯烷酮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種四氧化三鐵網(wǎng)狀結構納米帶的制備方法，屬于納米材料制備技術領域。現(xiàn)有技術制備了Fe3O4納米顆粒、納米棒、納米線、納米膜、雜化結構、核殼結構納米晶和納米纖維。本發(fā)明采用靜電紡絲技術與氫氣熱還原技術相結合的方法，制備了Fe3O4網(wǎng)狀結構納米帶。本發(fā)明包括三個步驟(1)制備PVP/Fe(NO3)3復合納米帶，采用靜電紡絲技術制備；(2)制備α-Fe2O3納米帶，將PVP/Fe(NO3)3復合納米帶進行熱處理，得到α-Fe2O3納米帶；(3)制備Fe3O4網(wǎng)狀結構納米帶，將α-Fe2O3納米帶用氫氣和氮氣的混合氣體進行熱還原，得到Fe3O4網(wǎng)狀結構納米帶，具有良好的晶型，帶寬約為3.5μm，厚度約為50nm，長度大于50μm。本發(fā)明的制備方法簡單易行，可以批量生產，具有廣闊的應用前景。
文檔編號B82Y40/00GK102502874SQ201110303079
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權日2011年10月10日
發(fā)明者于文生, 劉桂霞, 徐佳, 王進賢, 董相廷, 馬千里 申請人:長春理工大學