尺寸形貌可控磁性纳米粒子的制备及表征

摘要

磁性纳米材料是一种应用潜力巨大的磁记录材料,在生物医学领域也有广泛的用途,是纳米材料研究的热点之一。本文主要综述了FePt纳米材料的研究最新进展,并利用XRD、TEM、VSM等手段对所制FePt/Fe3O4纳米颗粒进行表征。主要内容如下:
　　 1.选择Fe(acac)3和H2PtCl6·6H2O作为制备FePt纳米颗粒的前驱体,分别利用NaBH4一步还原;NaBH4和Vc多重还原;1,2十二烷二醇多元醇还原法制备出了单分散FePt纳米颗粒。考查了表面活性剂对FePt纳米颗粒尺寸形貌以及磁性能的影响。
　　 2.利用NaBH4一步还原法制备单分散的FePt纳米颗粒。考查该体系下表面活性剂对FePt纳米颗粒尺寸形貌以及磁性能的影响。结果显示:表面活性剂PVP的用量对所制备FePt纳米颗粒的尺寸无明显作用,但却影响FePt纳米颗粒相交:PVP对FePt纳米颗粒的相变起“催化”作用,适量的PVP诱导纳米颗粒的相变。当调节表面活性剂PVP单体与FePt前驱体的摩尔比(PVP/FePt)为7时,所制得的FePt纳米颗粒经过500℃保温30 min热处理后,矫顽力高达5.2 KOe;
　　 3.选择CTAB作为表面活性剂,在NaBH4一步还原体系下,制备出了蠕虫状FePt纳米颗粒。颗粒的尺寸与CTAB的浓度有关,随着CTAB浓度的增加而变大。CTAB双层微胶束结构的形成对于各向异性纳米结构的生长起到关键作用。我们推测CTAB自发形成了蠕虫状的纳米胶束,为FePt纳米颗粒的形貌控制提供软模板,同时也使得磁性能也大不相同。
　　 4.选用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为表面活性剂,利用NaBH4一步还原法,通过控制表面活性剂与前驱体的摩尔比(SDBS/FePt),成功制备出球形、不规则片状和树枝状纳米结构。当SDBS/FePt为9:1时显示磁能积相对最大,这与FePt纳米颗粒的形貌有关。
　　 5.选用聚乙二醇作为表面活性剂,室温下制备出了花状自组装的FePt纳米颗粒。颗粒形貌主要由平均粒径分别为19.2 nm和4.9 nm的梭形和球形颗粒组成。这些梭形的“花瓣”和球形的“花蕊”自组装形成大小不等的花状结构。我们推测,纳米颗粒的花状自组装主要是表面活性剂集合的结果。VSM显示饱和磁化强度Ms是相同条件下PVP作为表面活性剂时的18倍。
　　 6.选择复配型表面活性剂柠檬酸和聚乙二醇(PEG)、油酸和油胺,以及单一型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对FePt纳米颗粒进行修饰,比较了三者在FePt纳米颗粒形貌及磁性能上的作用区别。复配型表面活性剂有利于诱导生成各向异性纳米结构,聚合物表面活性剂PEG和柠檬酸复配诱导生成了棒状和米粒状纳米结构;室温下颗粒的饱和磁化强度Ms差别很大,球形颗粒Ms相对最大,而棒状颗粒Ms相对较小。
　　 7.以多元醇1,2-十二烷二醇为还原剂,在表面活性剂油酸和油胺及二苄醚的环境中,成功制备出单分散的FePt纳米颗粒。通过改变油酸油胺的体积比,制备出2.3-8.8nm的FePt纳米颗粒,随油酸/油胺体积比的增加,颗粒粒径逐渐减小,四边形颗粒的数目也随着减小。
　　 8.用NaBH4和抗坏血酸Vc多重还原法制备FePt纳米颗粒,考查了热处理温度对FePt纳米颗粒磁性能的影响。随着热处理温度的升高矫顽力变大,600℃时可达3kOe,但是在高温区(550℃及以上)矫顽力的变化并不明显,这主要是由高温退火过程中纳米颗粒的团聚导致的。
　　 9.在表面活性剂油酸和油胺,液相环境二苄醚体系中,采用多元醇还原法,利用1,2-十二烷二醇还原前驱体乙酰丙酮铁Fe(acac)3,通过表面活性剂和金属前驱体以及液相环境的共同作用,制备出了单分散六边形Fe3O4纳米颗粒,考查了表面活性剂油酸油胺的浓度对纳米颗粒尺寸形貌的影响。结果显示:与未使用表面活性剂相比,油酸油胺的使用抑制了颗粒的生长,颗粒尺寸明显变小;适量浓度的表面活性剂使颗粒的尺寸和形貌更均匀。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 纳米材料与纳米科技

1.2 纳米材料的性质与应用

1.2.1 小尺寸效应

1.2.2 表面效应

1.2.3 量子尺寸效应

1.3 材料的磁学性质与磁性纳米材料

1.3.1 磁材料的种类

1.3.2 磁滞回线

1.4 磁性纳米材料的特性、表面功能化及应用

1.4.1 磁性纳米材料的特性

1.4.2 磁性纳米材料的表面功能化

1.4.3 磁性纳米材料的生物医学应用

1.5 FePt磁性纳米材料的发展与研究现状

1.5.1 FePt磁性纳米材料的结构

1.5.2 FePt磁性纳米材料的应用

1.5.3 FePt磁性纳米颗粒的制备

1.6 FePt纳米颗粒的磁性能控制

1.6.1 磁性理论模拟

1.6.2 熟处理对FePt纳米颗粒磁性能的影响

1.7 FePt纳米颗粒的形貌控制

1.7.1 形貌控制理论基础

1.7.2 表面活性剂在各向异性FePt纳米颗粒制备中的应用

1.8 Fe3O4纳米颗粒研究现状概述

1.9 本课题的动机与研究内容

第二章 NaBH4还原FePt纳米颗粒的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2 仪器和设备

2.2.3 实验流程

2.2.4 FePt纳米颗粒的热处理

2.3 表征方法

2.3.1 X射线衍射

2.3.2 TEM形貌分析

2.3.3 磁性能分析

2.4 实验结果分析及讨论

2.4.1 XRD物相分析

2.4.2 TEM形貌分析

2.4.3 磁性能分析

2.5 本章小结

第三章 多重还原法FePt纳米颗粒的制备及表征

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 仪器和设备

3.2.3 实验过程

3.2.4 FePt纳米颗粒的热处理

3.2.5 表征手段

3.3 结果分析

3.3.1 XRD物相分析

3.3.2 TEM形貌分析

3.3.3 磁性能分析

3.4 本章小结

第四章 蠕虫状FePt纳米颗粒的制备及表征

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂

4.2.2 仪器和设备

4.2.3 实验过程

4.2.4 表征手段

4.3 结果分析

4.3.1 XRD物相分析

4.3.2 TEM形貌表征

4.3.3 磁性能分析

4.4 本章小结

第五章 SDBS对FePt纳米颗粒尺寸及形貌的影响

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验试剂

5.2.2 仪器和设备

5.2.3 实验过程

5.2.4 FePt纳米颗粒的热处理

5.2.5 FePt纳米颗粒的表征

5.3 结果与讨论

5.3.1 XRD物相分析

5.3.2 TEM形貌表征

5.3.3 磁性能分析

5.4 本章小结

第六章 PEG诱导花状FePt纳米颗粒自组装

6.1 前言

6.2 实验部分

6.2.1 实验试剂

6.2.2 仪器和设备

6.2.3 实验过程

6.2.4 FePt纳米颗粒的表征

6.3 结果及讨论

6.3.1 XRD物相分析

6.3.2 TEM形貌表征

6.3.3 磁性能检测

6.4 本章小结

第七章 表面活性剂复配对FePt纳米颗粒形貌影响

7.1 前言

7.2 实验部分

7.2.1 实验试剂

7.2.2 仪器和设备

7.2.3 实验过程

7.2.4 表征手段

7.3 结果及讨论

7.3.1 XRD物相分析

7.3.2 TEM形貌分析

7.3.3 磁性能分析

7.4 本章小结

第八章 油酸油胺对FePt纳米颗粒尺寸和形貌影响

8.1 前言

8.2 实验部分

8.2.1 实验试剂

8.2.2 仪器和设备

8.2.3 实验过程

8.2.4 表征手段

8.3 结果及讨论

8.3.1 XRD物相分析

8.3.2 TEM形貌分析

8.4 本章小结

第九章 Fe3O4形貌控制及其SiO2包覆研究

9.1 前言

9.2 实验部分

9.2.1 实验试剂

9.2.2 仪器和设备

9.2.3 实验过程

9.3 实验结果与讨论

9.3.1 TEM形貌分析

9.3.2 XRD物相分析

9.4 Fe3O4@SiO2复合纳米颗粒结果及表征

9.4.1 XRD分析

9.4.2 TEM分析

9.4.3 VSM分析

9.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

博士期间发表论文情况