一种可调形态的磁性纳米微晶的制备方法

摘要

一种可调形态的磁性纳米微晶的制备方法，包括以下步骤：第一步，水铁矿前驱体的制备：在Fe(NO3)3水溶液中，通过加入CuO增强水解反应，制备水铁矿（Fe5O7OH·4H2O）前驱体。第二步，磁性纳米微晶的制备：将前驱体经FeCl2与NaOH混合水溶液加热处理，生成磁赤铁矿（）纳米微晶。该方法工艺条件温和、原材料成本低，通过控制合成条件，制备形成的磁性纳米微晶可为球、杆和片不同形态。

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种磁性纳米微晶的制备方法。

背景技术

纳米微晶为几何尺寸至少有一维在1-100nm的微小晶粒，是一种典型的纳米材料。纳米微晶按维数可分为三类：（1）零维，指在空间三维尺度一致、且均在纳米尺度的微晶，如球形纳米微晶；（2）一维，指在空间有两维处于纳米尺度、而另一维较大的微晶，如丝、杆、棒等纳米微晶；（3）二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度、而另两维较大的微晶，如片状纳米微晶。纳米微晶有不同于常规块体材料的化学、物理等性质，已应用于催化、电子学、信息储存等技术领域。材料的制备方法在科学技术中具有基础性的地位，尤其在纳米材料的研究中，新的制备方法的发展是其中的重要内容。

水铁矿（Fe₅O₇OH·4H₂O）是一种广泛存在于自然界的物质之一，呈反铁磁性。已有文献报道，在一定条件下，水铁矿可转变为赤铁矿（α-Fe₂O₃，也是一种反铁磁物质）。目前由水铁矿作为前驱体制取强磁性纳米微晶的方法还未见报道。

发明内容

本发明提出了由水铁矿（Fe₅O₇OH·4H₂O）前驱体制备强磁性的纳米微晶的方法。该方法工艺条件温和、原材料成本低，通过控制合成条件，制备形成的磁性纳米微晶可为球、杆和片不同形态。

本发明的制备方法具体如下：

其中包括制备水铁矿前驱体和磁赤铁矿纳米微晶两个步骤：

第一步：水铁矿前驱体的制备

在Fe(NO₃)₃水溶液中，通过加入CuO增强水解反应，制备水铁矿（Fe₅O₇OH·4H₂O）前驱体。

1、配置0.1-0.5M浓度的Fe(NO₃)₃水溶液（溶液1）；

2、在搅拌下将Fe(NO₃)₃水溶液加热至沸腾；

3、加入0.02-0.06mol的CuO粉末至沸腾的Fe(NO₃)₃溶液中；

4、继续沸腾5-40分钟，然后停止加热，自然冷却到室温，逐渐有前驱体沉淀物出现。两小时后，沉淀过程完成；

5、用丙酮进行清洗；

6、转入真空干燥器中干燥。12小时后可得到水铁矿前驱体。

第二步：磁性纳米微晶的制备

将第一步制取的水铁矿前驱体通过不同浓度的FeCl₂与NaOH水溶液进行处理，可得到不同形态的磁性纳米微晶。

1、配置浓度在4M以内的FeCl₂溶液（溶液2），浓度在1M以内的NaOH溶液（溶液3）；

2、根据溶液2和溶液3的比例为0.8:5取溶液2和溶液3。将水铁矿前驱体与溶液2混合得到溶液2‵。将溶液3倒入溶液2‵中，充分搅拌后得到溶液4；

3、在搅拌下加热溶液4至沸腾，保持沸腾10-40分钟，然后停止加热，冷却至室温。纳米微晶逐渐沉淀析出；

4、用丙酮进行清洗；

5、转入真空干燥器中干燥，12小时后可得到干燥的磁赤铁矿纳米微晶。

实验表明：由不同的FeCl₂与NaOH比例的处理溶液制成的磁赤铁矿纳米微晶具有不同的形态。反铁磁的水铁矿经FeCl₂与NaOH混合液处理可形成亚铁磁的磁赤铁矿。

采用本方法采用水铁矿（Fe₅O₇OH·4H₂O）前驱体经化学处理可制备球状、杆状或片状等不同形态的磁性纳米微晶。该方法原材料成本低、制备过程易于控制、耗能少、废弃液体易于回收。

附图说明

图1是本法例1制备的磁性纳米微晶的透射电子显微镜像；

图2是本法例1制备的磁性纳米微晶的磁化曲线；

图3是本法例2制备的磁性纳米微晶的透射电子显微镜像；

图4是本法例2制备的磁性纳米微晶的磁化曲线；

图5是本法例3制备的磁性纳米微晶的透射电子显微镜像；

图6是本法例3制备的磁性纳米微晶的磁化曲线。

具体实施方式：

实施例1

一、前驱体制备

（1）配置Fe(NO₃)₃水溶液（0.25M，400mL），即溶液1.

（2）在搅拌下将溶液1加热至沸腾；

（3）加入0.05mol的CuO粉末至沸腾的溶液1中；

（4）保持沸腾30分钟。停止加热，自然冷却至室温。两小时后沉淀析出过程结束；

（5）倒掉沉淀析出后的上部清液，用丙酮进行清洗：取体积为沉淀物5倍的丙酮与其混合，充分搅拌后再进行离心分离。此步骤重复三次；

（6）将清洗后的沉淀物转入真空干燥器中。12小时后可得到水铁矿前躯体。

二、纳米微晶的制备

（1）配置FeCl₂水溶液（0.75M，80mL），即溶液2；NaOH水溶液（0.2M,500mL），即溶液3；

（2）将第一步制取的前驱体倒入溶液2中混合得到溶液2‵。将溶液3倒入溶液2‵中，搅拌混合得到溶液4；

（3）在搅拌下加热溶液4至沸腾。保持沸腾30分钟。停止加热，冷却至室温。2小时后，沉淀过程结束。

（4）倒掉沉淀析出后的上部清液，用体积为沉淀物5倍的丙酮与其混合。充分搅拌后进行离心分离。此步骤重复三次；

（5）将清洗后的沉淀物转入真空干燥器中。12小时后得到干燥无水的磁赤铁矿纳米微晶。

实施例1合成的纳米微晶形态如图1所示。其比磁化曲线如图2所示；

实施例2

一、前驱体制备

（1）配置Fe(NO₃)₃水溶液（0.25M，400mL），即溶液1；

（2）在搅拌下将溶液1加热至沸腾；

（3）加入0.05mol的CuO粉末至沸腾的溶液1中；

（4）保持沸腾30分钟。停止加热，自然冷却至室温。两小时后沉淀析出过程结束；

（5）倒掉沉淀析出后的上部清液，用丙酮进行清洗：取体积为沉淀物5倍的丙酮与其混合，充分搅拌后再进行离心分离。此步骤重复三次；

（6）将清洗后的沉淀物转入真空干燥器中。12小时后可得到水铁矿前躯体。

二、纳米微晶的制备

（1）配置FeCl₂水溶液（3M，80mL），即溶液2；NaOH水溶液（0.2M，500mL），即溶液3；

（2）一（5）与实施例1同。

实施例2合成的纳米微晶形态如图3所示。其比磁化曲线如图4所示；

实施例3

一、前驱体制备

如实施例1

二、纳米微晶的制备

（1）配置FeCl₂水溶液（0.75M,80mL）,即溶液2；NaOH水溶液（0.3M，500mL），即溶液3；

（2）一（5）与实施例1同。

实施例3合成的纳米微晶形态如图5所示。其比磁化曲线如图6所示；

实施例4

一、前驱体制备

（1）配置Fe(NO₃)₃水溶液（0.1M，400mL），即溶液1；

（2）在搅拌条件下将溶液1加热至沸腾；

（3）加入0.02mol的CuO粉末至沸腾的溶液1中；

（4）一（6）与实施例1同。

二、纳米微晶的制备

与实施例1相同。

实施例5

一、前驱体制备

（1）配置Fe(NO₃)₃水溶液（0.5M，400mL），即溶液1；

（2）在搅拌条件下将溶液1加热至沸腾；

（3）加入0.06mol的CuO粉末至沸腾的溶液1中；

（4）一（6）与实施例1同。

二、纳米微晶的制备

与实施例2相同。