1317-61-9 / 納米四氧化三鐵的制備、改性

四氧化三鐵是一種常用的磁性材料，又稱氧化鐵黑，呈黑色或灰藍色。四氧化三鐵是一種鐵酸鹽，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表鐵的價態(tài)）。在Fe3O4里，鐵顯兩種價態(tài)，一個鐵原子顯+2價，兩個鐵原子顯+3價，所以說四氧化三鐵可看成是由FeO與Fe2O3組成的化合物，而不能說是FeO與Fe2O3組成的混合物，它屬于純凈物。

四氧化三鐵硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亞鐵和氧化鐵組成的化合物，逆尖晶石型、立方晶系。在外磁場下能夠定向移動，粒徑在一定范圍之內(nèi)具有超順磁性，以及在外加交變電磁場作用下能產(chǎn)生熱量等特性，其化學(xué)性能穩(wěn)定，因而用途相當(dāng)廣泛。

納米四氧化三鐵的制備方法

物理方法

物理方法制備納米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、機械球磨法等。但是用物理方法制備的樣品一產(chǎn)品純度低、顆粒分布不均勻，易被氧化，且很難制備出 10nm 以下的納米微粒，所以在工業(yè)生產(chǎn)和試驗中很少被采納。

化學(xué)方法

化學(xué)方法主要有共沉淀法、溶膠 - 凝膠法、微乳液法、水解法、水熱法等。采用化學(xué)方法獲得的納米微粒的粒子一般質(zhì)量較好，顆粒度較小，操作方法也較為容易，生產(chǎn)成本也較低，是目前研究、生產(chǎn)中主要采用的方法。

1、共沉淀法：

沉淀法是在包含兩種或兩種以上金屬離子的可溶性鹽溶液中 ， 加入適當(dāng)?shù)某恋韯?，使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，再將沉淀物脫水或熱分解而制得納米微粉。

2、溶膠-凝膠法：

溶膠 - 凝膠方法 (Sol - Gel) 是日本科學(xué)家發(fā)展起來的一種液相制備單分散金屬氧化物顆粒的新工藝。

3、微乳液法：

微乳液是由油、水、表面活性劑有時存在助表面活性劑組成的透明、各向同性、低黏度的熱力學(xué)穩(wěn)定體系 ， 其中不溶于水的非極性物質(zhì)作為分散介質(zhì),反應(yīng)物水溶液為分散相 ， 表面活性劑為乳化劑 ， 形成油包水型或水包油微乳液。

4、水熱法：

水熱法是在密閉高壓釜內(nèi)的高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境中 ， 采用水作為反應(yīng)介質(zhì)，使通常難溶或不溶的前驅(qū)體溶解 ， 從而使其反應(yīng)結(jié)晶的一種方法。

納米Fe3O4 粒子的表面改性

由于制備的Fe3O4粒子容易團聚、容易被氧化，或者在某些方面不夠完善，在使用時需對其表面進行改性，有目的地改變粒子表面的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面疏水性、化學(xué)吸附和反應(yīng)特性等。常用的表面改性方法如下：

表面化學(xué)改性法：

利用表面化學(xué)方法，如有機物分子中的官能團在Fe3O4粒子表面的吸附或化學(xué)反應(yīng)對粒子表面進行局部包覆使其表面有機化，從而達到表面改性，這是目前Fe3O4粒子表面改性的主要方法。表面化學(xué)改性所用的表面改性劑多為陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑和帶有官能團的有機聚合物。如油酸、月桂酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等陰離子表面活性劑。

沉淀反應(yīng)改性法：

沉淀反應(yīng)改性是指通過無機化合物在Fe3O4粒子表面進行沉淀反應(yīng)形成包覆層，從而改善其抗氧化性、分散性等。對共沉淀得到的Fe3O4納米粒子在硅酸鈉溶液中進行酸化處理，獲得了表面包覆SiO2層的核殼結(jié)構(gòu)的磁性粒子。由于SiO2的位阻作用，限制了Fe3O4微晶的團聚和繼續(xù)生長，使Fe3O4核分散在產(chǎn)物中保持較小的晶粒尺寸，包覆產(chǎn)物表現(xiàn)出超順磁性，同時提高了磁性組分的耐候性。

溶膠-凝膠法改性：

溶膠-凝膠過程指無機前驅(qū)體通過各種反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。SiO2是溶膠-凝膠法改性Fe3O4中應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)表面和界面性質(zhì)的表面修飾劑。該方法通常是采用正硅酸乙酯為原料，通過優(yōu)化水解條件在Fe3O4粒子表面包覆一層SiO2，提高Fe3O4粒子的穩(wěn)定性。

靜電自組裝改性：

靜電自組裝，又稱層層自組裝或逐層自組裝，是近年來出現(xiàn)的一種新型的粒子自組裝的方法，它為合成新型、穩(wěn)定和功能化的核殼式微球提供了新的選擇，并且技術(shù)簡便易行，無須特殊裝置，通常以水為溶劑。因此，備受國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注。

納米四氧化三鐵的應(yīng)用

當(dāng)四氧化三鐵的尺寸降至納米量級時，由于納米粒子的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等的影響，使其具有不同于常規(guī)體相材料的特殊的磁性質(zhì)。這也使其在工業(yè)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著特殊的應(yīng)用。