專利名稱：一種γ-Fe₂O₃磁性納米顆粒的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種y -Fe203磁性納米顆粒的制備方法。
技術背景鐵的三價氧化物(Fe203)共有四種同素異構體，即赤鐵礦(a-Fe203)、 P_Fe203、 磁赤鐵礦(T"Fe203)和s-Fe203，其中a-Fe203和？Fe203最為常見(R. Zboril et al. Chem.Mater.， 14,969(2002))。相對a-Fe203， 1^6203具有優(yōu)異的磁學性能，廣泛 應用于磁存儲領域，如磁帶等(W. P. Osmond， Proc. Phys. Soc. Lond., B65,121 (1952))。a-Fe203為三方晶系，剛玉型結構，在自然界穩(wěn)定存在，稱赤鐵礦。，Fe203 為立方晶系，尖晶石型結構，在自然界呈亞穩(wěn)態(tài)，稱為磁赤鐵礦。隨著溫度升 高，Y-Fe203易轉變?yōu)閍-Fe203，從而喪失磁性。因此，高的y—01轉變溫度對^^6203 磁性材料的應用極為重要。隨著現代信息技術的進步和信息密度的提高，產業(yè)界對磁存儲材料提出了 更高的要求，特別是隨著納米技術的進步，采用Y-Fe203納米顆粒代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 Y-Fe203微米級粉體，可大大提高磁存儲器件的信息容量和密度。同時，，Fe203 納米顆粒相對微米級，Fe203具有更高的Y—a轉變溫度。近年來，Y-Fe203納米顆粒引起了研究界廣泛的興趣，它可應用于磁流體、 磁致冷、磁光器件、藥物傳輸、生物技術、醫(yī)學診斷和氣體傳感器等重要場合。 由于它具有較好的生物相容性和化學穩(wěn)定性，它在交變磁場中具有發(fā)熱能力， 因此，可用來治療腫瘤(A. Jordan et al. J. Magn. Magn. Mater., 194， 185 (1999))。傳統(tǒng)的微米級，Fe203采用兩步法制備， 一般過程如下l)采用在堿性溶液 中二、三價鐵離子進行共沉淀制備Fe304納米顆粒，2)在100 250。C的氧化氣氛 下將Fe304氧化為Y-Fe203。近年來，研究者嘗試多種方法來制備Y-Fe203納米顆粒， 包括溶劑熱還原法、熱分解法、還原氧化法、高溫熟化法、球磨法、共沉淀法、 反膠束法和溶膠一凝膠法等。水熱法已廣泛應用于金屬氧化物納米結構的合成, 但水熱合成熱力學穩(wěn)態(tài)的ct-Fe203的報道很多，到目前為止，水熱合成亞穩(wěn)態(tài)的 Y-Fe203磁性納米顆粒的報道甚少。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種，Fe203磁性納米顆粒的制備方法，該方法采用 簡單易施的兩步水熱工藝，合成結晶與分散良好的，Fe203磁性納米顆粒。
本發(fā)明采用的技術方案的步驟如下
1) 將亞鐵鹽溶于水中，控制其摩爾濃度為0.01 1.0摩爾/升，攪拌；再加入 摩爾數為亞鐵鹽0 10倍的氫氧化鈉和1 10倍的水合肼，繼續(xù)攪拌；將最終配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80 90%，在100 20(TC溫度范圍內處理4 IOO小時，將處理好的溶液離心、清洗，就獲得了黑色的Fe304納米顆粒；
2) 將上述Fe3O4納米顆粒與摩爾數為其l 30倍的雙氧水混合，將混合液放 入高壓釜中，填充度為80 90%，在100 20(TC溫度范圍內水熱處理4 100小 時，最后將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了紅褐色的Y-Fe203納米粉體。
所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵或氯化亞鐵。采用水熱合成與水熱氧化兩步水熱法，制備出磁赤鐵礦(，Fe203)納米顆 粒，該磁性納米顆粒尺寸為50 100納米，結晶與分散良好，呈鐵磁性，飽和磁 化率高達68 emu/g。
本發(fā)明的有益效果是采用簡單可行的兩步水熱法，合成？Fe203磁性納米 顆粒。本發(fā)明的最大特點是采用兩步水熱法合成Y-Fe203納米顆粒，第一步為水 熱法合成黑色的Fe304納米顆粒，第二步將Fe304納米顆粒水熱氧化為紅褐色的 Y-Fe203磁性納米顆粒。該磁性納米顆粒尺寸為50 100納米，結晶與分散良好， 呈鐵磁性，飽和磁化率高達68 emu/g。


圖1是實施例1所得Fe304和Y -Fe203納米顆粒的XRD圖譜(a) Fe304， (b) Y-Fe203;圖2是實施例1所得Y -Fe203的透射電鏡照片； 圖3是實施例1所得Y -Fe203的磁滯回線圖。
具體實施例方式
實施例l:將1.7793克硫酸亞鐵(FeSCV7H20)，溶于160毫升去離子水中，FeS04摩 爾濃度0.04摩爾/升，攪拌5分鐘后，再加入0.7538克濃度為85%的水合肼 (N2H4fl20)，水合肼摩爾濃度為0.08摩爾/升，攪拌5分鐘后，把上述配好的溶 液放入高壓釜的聚四氟乙烯內襯里，內襯容積為200毫升，即填充度為80%。該 溶液在15(TC下處理12小時，把處理好的溶液離心，獲得黑色的Fe304納米顆粒， 所得Fe3O4為0.0021摩爾。再將上述Fe3O4納米顆粒與1.2092克質量濃度為30。/。的 雙氧水溶液(含雙氧水0.011摩爾)一起加入高壓釜的聚四氟乙烯內襯，加去離子水 調整填充度為80%， 15(TC下水熱處理12小時，把處理好的溶液離心和干燥，獲
粒徑約為70納米的紅褐色Y -Fe203納米顆粒。圖l中a和b分別為Fe304和Y "Fe203納米顆粒XRD圖譜，它們分別與標準卡片JCPDS no. 79-0419和39-1346完全吻合。圖2是本實施例所得Y-Fe203產物的透射電鏡照片，由圖可以看出該Y -Fe203分散良好，粒徑為70納米左右。圖3是本實施例所得Y-Fe203產物的磁滯回 線，圖3表明該Y-Fe203納米顆粒呈鐵磁性，飽和磁化率高達68 emu/g。 實施例2:將0.5004克硫酸亞鐵(FeS(V7H20)，溶于180毫升去離子水中，FeSCU摩 爾濃度0.01摩爾/升，攪拌5分鐘后，再加入0.72克氫氧化鈉，氫氧化鈉摩爾濃度 0.1摩爾/升，攪拌5分鐘，最后加入1.0601克質量濃度為85%的水合肼 (N2H4，H20)，水合肼摩爾濃度為0.1摩爾/升，攪拌5分鐘后，把上述配好的溶 液放入高壓釜的聚四氟乙烯內襯里，內襯容積為200毫升，即填充度為90%。該 溶液在10(TC下處理100小時，把處理好的溶液離心，獲得黑色的Fe304納米顆粒， 所得Fe3O4為6xl0^摩爾。再將上述Fe3O4納米顆粒與2.04克質量濃度為30。/。的雙氧 水溶液(含雙氧水0.018摩爾) 一起加入高壓釜的聚四氟乙烯內襯，加去離子水 調整填充度為90%， 10(TC下水熱處理4小時，把處理好的溶液離心和干燥，即可 獲得粒徑約為50納米的紅褐色Y -Fe203。 實施例3:將33.7977克氯化亞鐵(FeCl2'4H20)，溶于170毫升去離子水中，FeCl2摩爾 濃度1.0摩爾/升，攪拌5分鐘后，再加入6.8克氫氧化鈉，氫氧化鈉摩爾濃度1.0摩 爾/升，攪拌5分鐘，最后加入10.012克質量濃度為85%的水合肼(N2HrH20)， 水合肼摩爾濃度為1.0摩爾/升，攪拌5分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的 聚四氟乙烯內襯里，內襯容積為200毫升，即填充度為85%。該溶液在200。C下處 理4小時，把處理好的溶液離心，獲得黑色的Fe304納米顆粒，所得Fe3O4為0.057 摩爾。再將上述Fe3O4納米顆粒與6.4599克質量濃度為30。/。的雙氧水溶液(含雙氧 水0.057摩爾)一起加入高壓釜的聚四氟乙烯內襯，加去離子水調整填充度為85%， 20(TC下水熱處理100小時，把處理好的溶液離心和干燥，獲粒徑約為100納米的 紅褐色Y-Fe203。實施例4:將1.7793克硫酸亞鐵(FeS(V7H20)，溶于160毫升去離子水中，FeS04摩 爾濃度0.04摩爾/升，攪拌5分鐘后，加入1.36克氫氧化鈉，氫氧化鈉摩爾濃度0.2 摩爾/升，攪拌5分鐘，再加入1.8845克體積濃度為85%的水合肼(N2HvH20)， 水合肼摩爾濃度為0.2摩爾/升，攪拌5分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的 聚四氟乙烯內襯里，內襯容積為200毫升，即填充度為80%。該溶液在200"C下處 理50小時，把處理好的溶液離心，獲得黑色的Fe304納米顆粒，所得Fe304為0.0021 摩爾。再將上述Fe3O4納米顆粒與3.5699克質量濃度為30Q/。的雙氧水溶液(含雙氧 水0.0315摩爾)一起加入高壓釜的聚四氟乙烯內襯，加去離子水調整填充度為 85%, 20(TC下水熱處理50小時，把處理好的溶液離心和干燥，獲粒徑約為IOO 納米的紅褐色Y-Fe203。
權利要求
1、一種γ-Fe2O3磁性納米顆粒的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下1)將亞鐵鹽溶于水中，控制其摩爾濃度為0.01～1.0摩爾/升，攪拌；再加入摩爾數為亞鐵鹽0～10倍的氫氧化鈉和1～10倍的水合肼，繼續(xù)攪拌；將最終配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在100～200℃溫度范圍內處理4～100小時，將處理好的溶液離心、清洗，就獲得了黑色的Fe3O4納米顆粒；2)將上述Fe3O4納米顆粒與摩爾數為其1～30倍的雙氧水混合，將混合液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在100～200℃溫度范圍內水熱處理4～100小時，最后將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了紅褐色的γ-Fe2O3納米粉體。
2、 根據權利要求l所述的一種Y ^6203磁性納米顆粒的制備方法,其特征在 于所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵或氯化亞鐵。
3、 根據權利要求l所述的一種Y-Fe203磁性納米顆粒的制備方法,其特征在 于采用水熱合成與水熱氧化兩步水熱法，制備出磁赤鐵礦(Y-Fe203)納米顆 粒，該磁性納米顆粒尺寸為50 100納米，結晶與分散良好，呈鐵磁性，飽和磁 化率高達68 emu/g。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種γ-Fe₂O₃磁性納米顆粒的制備方法。本發(fā)明采用兩步水熱法，合成了磁赤鐵礦(γ-Fe₂O₃)納米顆粒。第一步以亞鐵鹽、氫氧化鈉和水合肼為原料，采用水熱法合成黑色的Fe₃O₄納米顆粒。第二步以雙氧水為氧化劑，將第一步所得的黑色Fe₃O₄納米顆粒水熱氧化為紅褐色的γ-Fe₂O₃納米顆粒。本發(fā)明所得的γ-Fe₂O₃納米顆粒尺寸為50～100納米，結晶與分散良好，呈鐵磁性，飽和磁化率高達68emu/g。
文檔編號H01F1/11GK101125684SQ20071006993
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權日2007年7月6日
發(fā)明者姚奎鴻, 朱魯明, 紅 楊, 祝洪良, 金達萊 申請人:浙江理工大學