磁性納米材料的連續(xù)溶劑熱制備與表征.pdf

1、磁性納米材料（Magnetic Nanomaterials）是一種具有獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)的納米材料，引起了眾多學(xué)者的研究興趣，其中以生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用為目標(biāo)的探索性研究正在形成一個(gè)新的研究領(lǐng)域。磁性納米材料應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域必須具備很多特性，包括生物相容性、不致癌、不致畸、不致突變和非抗原性。通過引入功能化基團(tuán)，磁性納米材料的水溶性和生物相容性可以得到改善，從而為其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 目前，磁性納米材料的制備方法和制備體系被不

2、斷創(chuàng)新。連續(xù)水熱/溶劑熱合成方法在納米材料的制備中顯示出極大的優(yōu)勢(shì)，在大批量制備方面該優(yōu)勢(shì)尤為突出。NiFe2O4納米材料是一種三元體系的磁性材料，針對(duì)其制備方法的研究相對(duì)較少。連續(xù)溶劑熱合成方法是否適合三元體系納米材料的制備目前尚不清楚，本工作率先開展了這方面的研究，并取得了一些有價(jià)值的結(jié)果。 目的： 1．探討連續(xù)溶劑熱合成的制備條件與NiFe2O4磁性納米材料粒徑分布、單分散性和結(jié)晶化程度等性質(zhì)之間的關(guān)系，優(yōu)化最佳制

3、備條件。 2．通過表面改性實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)所得磁性納米材料的水溶性和生物相容性。 方法： 1．連續(xù)溶劑熱制備方法制備NiFe2O4磁性納米材料的條件優(yōu)化。 在該制備過程中，影響NiFe2O4磁性納米材料性質(zhì)的制備條件包括：連續(xù)溶劑熱合成儀器的進(jìn)料環(huán)境、反應(yīng)物的配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)壓強(qiáng)五個(gè)因素。其中，采用間歇式反應(yīng)釜的制備方法，考察進(jìn)料環(huán)境和反應(yīng)物配比的影響；采用連續(xù)溶劑熱的制備方法考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)

4、間和反應(yīng)壓強(qiáng)的影響。分別改變以上五種影響因素的反應(yīng)參數(shù)，制備出磁性納米材料。采用TEM、XRD和IR表征方法對(duì)所得磁性納米材料的粒徑分布、單分散性和結(jié)晶化程度進(jìn)行分析，并優(yōu)化出最佳制備條件。 2．NiFe2O4磁性納米材料的表面改性研究。 表面改性研究采用不同濃度的醋酸溶液做為表面改性試劑，利用離心和洗滌的方法洗去材料表面吸附的有機(jī)成分，使磁性納米材料與表面改性試劑重新進(jìn)行物理化學(xué)吸附，從而改變NiFe2O4磁性納米材料

5、表面的親水親油性，制備出在水中具備良好分散性的NiFe2O4磁性納米材料。通過TEM、IR表征手段對(duì)表面改性結(jié)果進(jìn)行分析，優(yōu)化出最佳表面改性條件。 結(jié)果： 1．優(yōu)化出連續(xù)溶劑熱制備方法的最佳制備條件。制備出粒徑為10±2 nm，在環(huán)己烷等非極性溶劑中單分散性良好，并且結(jié)晶化程度高的NiFe2O4磁性納米顆粒。 2．通過表面改性實(shí)驗(yàn)，成功將連續(xù)溶劑熱方法制備的NiFe2O4磁性納米材料從環(huán)己烷中分散轉(zhuǎn)移到水中分散，

6、增強(qiáng)了材料的水溶性。 結(jié)論： 1．進(jìn)料環(huán)境：以乙醇作為連續(xù)溶劑熱制備儀器升溫階段的溶劑，采用高濃度的反應(yīng)物體系進(jìn)行反應(yīng)的進(jìn)料環(huán)境最佳。 2．反應(yīng)物的配比：Ni源和Fe源的配比控制在1：2時(shí)，可得到組成為NiFe2O4的磁性納米材料，改變Ni源和Fe源的配比可以制備出組分可調(diào)的磁性鐵酸鹽納米顆粒。 3．反應(yīng)溫度：反應(yīng)溫度控制在180～220℃時(shí)可制備出單分散性、粒徑分布、結(jié)晶化程度等性質(zhì)最佳的NiFe2O4

7、磁性納米顆粒。溫度過高，納米材料的粒徑增大，直到成為宏觀的固體顆粒材料；溫度過低，不發(fā)生納米晶的成核反應(yīng)，無法獲得納米材料。 4．反應(yīng)時(shí)間；反應(yīng)時(shí)間控制在30 min左右制備出的磁性納米材料性質(zhì)最佳。反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致納米材料粒徑增大，反應(yīng)時(shí)間過短導(dǎo)致納米材料結(jié)晶化程度降低。 5．反應(yīng)壓強(qiáng)：在本論文探討的條件范圍之內(nèi)，反應(yīng)壓強(qiáng)對(duì)產(chǎn)物的性質(zhì)沒有造成影響。 6．通過采用10 wt％的醋酸溶液對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行表面改性實(shí)驗(yàn)，

8、可以制備出在水中單分散的NiFe2O4磁性納米材料，為其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 意義： 目前有關(guān)納米材料制備方面的報(bào)道集中在金屬，金屬合金，二元和三元金屬氧化物方面，關(guān)于三元或以上組分納米顆粒單分散性方面的研究較少。本研究首次采用連續(xù)溶劑熱方法制備三元體系NiFe2O4磁性納米材料，對(duì)制備條件與產(chǎn)物性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行了探討，對(duì)其單分散性、粒徑分布和結(jié)晶化程度進(jìn)行了研究。采用連續(xù)溶劑熱方法制備納米材料為其大批量的