一种具有核-壳结构的Fe3O4/SiO2/PANI纳米颗粒的制备方法

摘要

一种具有核-壳结构的Fe3O4/SiO2/PANI(聚苯胺)纳米颗粒的制备方法，属于纳米新材料技术领域。本方法所制的纳米材料具有较好的磁、电性能，同时由于纳米效应，对电磁波有增强吸收作用，可应用于电磁屏蔽材料领域。首先采用共沉淀法制备了Fe3O4纳米粒子，通过溶胶凝胶法在Fe3O4纳米粒子表面包覆一层SiO2，制得SiO2包覆Fe3O4纳米颗粒，在此基础上通过乳液聚合法外层包覆PANI制得一种兼具磁、电功能的核-壳结构Fe3O4/SiO2/PANI纳米颗粒。

说明书

技术领域

本产品属于有机/无机复合纳米材料领域，涉及到一种具有核-壳结构的 Fe₃O₄/SiO₂/PANI纳米材料的制备方法。

背景技术

纳米Fe₃O₄、聚苯胺都拥有良好的磁、电性能，常被作为功能添加剂制成电 磁屏蔽材料，但由于密度及表面特性等原因，其在聚合物材料中分散性不佳； 同时，现有的单一材料添加方式，在应用时其功能常常不能满足使用要求。基 于此，本发明试图通过采用多种功能材料的包覆处理，制备兼具磁、电功能的 核-壳结构纳米粉体材料，实现多功能的协同复合，来提升其性能，同时解决纳 米材料的分散性及稳定性。本发明采用SiO₂对磁性Fe₃O₄纳米粒子的表面进行 包覆，改善其表面特性，提高分散性；同时，考虑到SiO₂为一种惰性化合物， 可以提供良好的耐酸碱性，适合于在酸性条件下再与聚苯胺进行包覆，可得到 性状稳定、功能增强的多层核-壳结构纳米颗粒，可较好地拓展其在电子、信息 等领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于制备一种对电磁波有吸收效果的具有核-壳结构的 Fe₃O₄/SiO₂/PANI纳米材料。首先用共沉淀法制备Fe₃O₄纳米粒子，再通过溶胶 凝胶法在Fe₃O₄纳米粒子表面包覆一层SiO₂，制得SiO₂包覆Fe₃O₄纳米颗粒， 在此基础上通过乳液聚合法外层包覆PANI制得一种具有核-壳结构的 Fe₃O₄/SiO₂/PANI纳米颗粒，其中纳米Fe₃O₄为核心，中间层为SiO₂，外层包覆 导电PANI。此特殊结构纳米材料具有较好的磁、电特性，同时由于纳米尺寸效 应，对电磁波有增强吸收作用，可应用于电磁屏蔽材料领域。

本发明采用如下技术方案：

一种具有核-壳结构的Fe₃O₄/SiO₂/PANI纳米颗粒的制备方法，它包括如下工 艺步骤：

(1)按摩尔比2：1称取FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O，加入到一定量的去 离子水中，搅拌至溶解后加入到装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，通N₂，剧 烈搅拌下缓慢滴加NH₃·H₂O调节pH值至9，继续搅拌0.5h后停止反应，在 80℃油浴下陈化3h，后加入PEG4000搅拌10min，将所得物用高速离心机分离 出Fe₃O₄，然后继续用去离子水和乙醇反复洗涤直至pH值约为7，将产物放入 60℃真空干燥箱中干燥研磨后，得到产物即为纳米Fe₃O₄；

(2)在带有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，加入一定量的纳米Fe₃O₄和水， 超声分散1h，开动搅拌，用氨水将pH调至10左右，称取一定量的正硅酸四乙 酯和50.0g乙醇，用滴液漏斗缓慢滴入三口烧瓶中，将温度调至50℃，混合液 在1h内滴加完毕，滴加完毕后继续保持搅拌12h，停止搅拌后静置陈化12h， 将产物高速离心，并继续用去离子水和乙醇反复洗涤至pH值约为7，在700℃ 的马弗炉中烧结3h研磨后，得到二氧化硅包覆四氧化三铁纳米颗粒；

(3)将0.05g二氧化硅包覆四氧化三铁纳米颗粒加入100mL蒸馏水中，再 加入10mL盐酸，超声分散1h，冰浴下搅拌10min，在N₂气氛中滴加0.01mol 的苯胺，搅拌10min，在30min内滴加入含有0.01mol过硫酸铵的水溶液，搅拌 3h用无水乙醇及蒸馏水高速离心洗涤，真空干燥，得到具有核-壳结构的 Fe₃O₄/SiO₂/PANI纳米颗粒。

具体实施方式

实施例

称取4.05g FeCl₃·6H₂O和1.99g FeCl₂·4H₂O，加入到50ml去离子水中， 搅拌至溶解后加入到带有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，通N₂，剧烈搅拌下缓 慢滴加NH₃·H₂O调节pH值至9，继续搅拌0.5h后停止反应，在80℃油浴下 陈化3h后，加入0.5g PEG4000后搅拌10min，将所得物用高速离心机分离出沉 淀物Fe₃O₄，然后继续用去离子水和乙醇反复洗涤，直至pH值约为7，经60℃ 真空干燥后，得到产物即为纳米Fe₃O₄。

在带有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，加入0.05g的纳米Fe₃O₄和100g水， 超声分散1h，开动搅拌，用氨水将pH调至10左右，称取一定量的正硅酸四乙 酯和50.0g乙醇，用滴液漏斗缓慢滴入三口烧瓶中，将温度调至50℃，混合液 在1h内滴加完毕，滴加完毕后继续保持搅拌12h，停止搅拌后静置陈化12h， 将产物高速离心，并继续用去离子水和乙醇反复洗涤至pH值约为7，在700℃C 的马弗炉中烧结3h，得到二氧化硅包覆四氧化三铁颗粒；

将0.05g二氧化硅包覆四氧化三铁颗粒加入100mL蒸馏水中，再加入10mL 盐酸，超声分散1h，冰浴下搅拌10min，在N₂气氛中滴加0.01mol的苯胺，搅 拌10min，在30min内滴加入含有0.01mol过硫酸铵的水溶液，搅拌3h，用无 水乙醇及蒸馏水高速离心洗涤，真空干燥，得到具有核-壳结构的 Fe₃O₄/SiO₂/PANI纳米颗粒。