纳米氧化铁

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纳米氧化铁

第一章综述

1.1 概述

1.1.1 氧化铁的性质

纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并崛起的新科技，它的基本内涵是指在纳米尺寸（10-9～10-7）范围内认识和改造自然，通过直接和安排原子，分子创造新物质，以及改造原有物质使其具有新的性质[1]。纳米材料具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应及宏观量子隧道效应等基本特性[1]。这些基本特性使纳米材料具有不同与常规材料的潜在的物理，化学性质，因此引起人们的广泛兴趣。

纳米氧化铁( nano- sized iron oxide) 具有良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应, 可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面, 且可望开发新的用途[2，3]。

通常，铁的氧化物及其羟基氧化物均归属于氧化铁系列化合物，按价态，晶型

结构的不同可以分为（α-﹑β-﹑γ-）Fe

﹑Fe

﹑FeO 和（α-﹑β-﹑γ-）

FeOOH.按色泽又可以分为，红﹑黄﹑橙﹑棕﹑黑。较具实用价值的有，α- Fe

2O 3

﹑β- Fe

﹑α- FeOOH﹑Fe

等。

1.1.2 氧化铁的应用

1 纳米氧化铁在装饰材料中的应用

在颜料中, 纳米氧化铁又被称为透明氧化铁( 透铁) 。所谓透明, 并非特指粒子本身的宏观透明, 而是指将颜料粒子分散在有机相中制成一层漆膜( 或称油膜) , 当光线照射到该漆膜上时, 如果基本不改变原来的方向而透过漆膜, 就称该颜料粒子是透明的。透明氧化铁主要有5 个品种, 即透铁红、黄、黑、绿、棕。透明氧化铁颜料因其有0.01μm 的粒径, 因而具有高彩度、高着色力和高透明度, 经特殊的表面处理后具有良好的研磨分散性。透明氧化铁颜料可用于油化与醇酸、氨基醇酸、丙烯酸等漆料制成透明色漆, 有良好的装饰性。此种透明漆既可单独, 也可和其他有机彩色颜料的色浆相混, 如加入少量非浮性的铝粉浆则可制成有闪烁感的金属效应漆; 与不同颜色的底漆配套, 可用于汽车、自行车、仪器、仪表、木器等要求高的装饰性场合。透铁颜料强烈吸收紫外线的特性

纳米氧化铽

1. 纳米氧化铽的介绍

纳米氧化铽（Nano-TiO2）是一种高科技材料，主要由纳米颗粒形成。它具有优异的光催化、防腐、抗菌、抗紫外线等性能，并且还具

有催化剂、医疗、杀虫剂等应用潜力，因此被广泛应用于各个领域。

本文将详细介绍纳米氧化铽的性质、制备方法、应用范围以及存在的

问题等方面。

2. 纳米氧化铽的性质

纳米氧化铽因为其极小的粒径（一般小于100nm），具有比常规氧化铁更高的比表面积和催化活性。同时，纳米氧化铽的热稳定性、机

械性能以及化学性质也得到了明显的提升。

3. 纳米氧化铽的制备方法

目前，常用的纳米氧化铽制备方法主要有溶胶-凝胶法、气相沉积、水热法、溶液法等。其中，溶胶-凝胶法具有成本较低、工艺简单、制

备的纳米颗粒均匀等优点，因此被广泛应用于纳米氧化铽的制备过程中。

4. 纳米氧化铽的应用范围

(a) 光催化应用方面：纳米氧化铽具有优异的光催化性能，可用

于净化水源、治理废气、生产抗菌材料等领域。目前，纳米氧化铽已

被广泛应用于城市水源净化、厂矿废气治理等领域。

(b) 医疗应用方面：纳米氧化铽还可以用于生产医疗材料，如制作口罩、防病菌手册及医疗口腔护理产品等。此外，纳米氧化铽还可以作为药物输送体系，用于制备医用材料。

5. 纳米氧化铽的存在问题

尽管纳米氧化铽具有诸多优异性能，但由于其极小的粒径以及高催化活性，也存在一些潜在的问题。例如，其使用会造成环境污染，同时，纳米氧化铽对人体的健康也有一定的潜在威胁。因此，相关领域的专家和科学家需要进一步研究，探索面临的挑战以及应对问题的措施。

纳米透明氧化铁分散效果

纳米透明氧化铁分散效果是指将纳米透明氧化铁颗粒在液体中均匀分散的能力。纳米

透明氧化铁是一种重要的纳米材料，具有很高的比表面积和特殊的光学、电学、磁学等性质，在催化、光催化、生物医学工程、环境治理等领域具有广泛的应用。然而，由于纳米

颗粒之间的强烈相互作用，纳米透明氧化铁在液体中很容易发生聚集，导致颗粒的分散效

果较差，降低了材料的应用性能。因此，实现纳米透明氧化铁的优良分散效果对其应用具

有重要的意义。

纳米透明氧化铁分散技术包括物理分散和化学分散两种方法。物理分散是通过机械剪切、超声波、高压均质、离心等手段，将自然聚合的纳米透明氧化铁颗粒分散均匀。化学

分散则是通过表面改性或表面活性剂包覆等手段，加强颗粒表面间的斥力，防止颗粒的自聚。两种方法都可以达到有效分散纳米透明氧化铁颗粒的目的，但各有优劣。物理分散工

艺简单，成本低，但需要较高的能量输入，容易对颗粒造成一定损伤。化学分散则对颗粒

的物理和化学性质影响较小，但表面改性和包覆的过程较为繁琐，需严格控制化学反应条件。

纳米透明氧化铁分散效果对其应用性能有着重要的影响。良好的分散效果可以增强材

料的催化活性和光学性能，增强其使用寿命，提高环境适应性。另外，分散效果还对纳米

透明氧化铁的理化性质和热稳定性有着一定的影响，如果颗粒聚集过度则会降低其热稳定性，导致颗粒失去原本的特殊性质。因此，在纳米透明氧化铁的制备和应用过程中，必须

注重分散效果的控制和评价。

总之，纳米透明氧化铁分散效果是纳米材料应用中的重要问题。通过合理的分散技术，可以实现颗粒的均匀分散，提高材料的应用性能，满足不同领域的实际需求。

氧化铁纳米颗粒的特性和用途

Alice Bu

Ocean NanoTech LLC

什么是氧化铁？

纳米材料中的氧化铁是一种常见的天然化合物，可以在实验室中简单地合成。总共有16种氧化铁类化合物，包括氧化物、氢氧化物和氧化-氢氧化物。这些矿物质是在不同的氧化还原和pH条件下，通过水相反应获得的。它们的基本组成物质均为Fe、O和/或OH，但其中铁的化合价不同，晶体结构也不同。比较重要的氧化铁化合物包括针铁矿、四方纤铁矿、纤铁矿、磁铁矿和赤铁矿。1, 2, 3

氧化铁（IO）纳米颗粒由纳米材料磁赤铁矿（γ-Fe2O3）和/或磁铁矿（Fe3O4）颗粒组成，直径范围在1到100纳米之间，可用于磁性数据存储、生物传感和药物运输等领域。4,5,6,7在纳米颗粒（NP）中，表面积与体积之比显著增加。这使得NP在溶液中具有相当高的结合能力和优异的分散性。直径在2到20 nm的磁性NP具有超顺磁性，也就是说，当它们的磁化为零时，在没有外部磁场的情况下，它们可以被外部磁源磁化。这一性质提高了磁性纳米颗粒在溶液中的稳定性。

IO纳米颗粒，因其超顺磁性质以及因生物相容性和无毒性而具有的潜在生物医学应用，引起了极大的关注。8最新研究使用热分解羧酸铁盐得到IO纳米颗粒，相对于传统的IO 纳米颗粒，前者在尺寸可调性、单分散性和晶体结构方面均有提高。使用专利的单分子层聚合物涂层方法，可将被疏水的有机配体包覆的IO纳米颗粒成功转化为水溶性的生物可接受的IO纳米颗粒。这些水溶性IO纳米颗粒在极端的高pH值和高温条件下的高稳定性使得这些NPs可与其他生物分子相结合。此外，还开发了用于体内研究的生物相容的涂层，包括多糖（如葡聚糖）和脂质分子，从而得到完全由美国食品药品管理局认证的材料组成的纳米颗粒。IO纳米颗粒在有机溶液和水溶液中溶解性能的提高为开发基于IO纳米颗粒的应用提供了更广泛的前景，例如：

纳米透明氧化铁分散体百科

【原创实用版】

1.纳米透明氧化铁分散体的定义和特点

2.纳米透明氧化铁分散体的制备方法

3.纳米透明氧化铁分散体的应用领域

4.纳米透明氧化铁分散体的发展前景

正文

纳米透明氧化铁分散体是一种具有特殊性质的纳米材料，其颗粒尺寸在 1-100 纳米之间，呈现出透明状态。这种材料不仅具有氧化铁的一般特性，还具有高透明度、高比表面积、良好的光学性能等独特性质，因此在多个领域具有广泛的应用前景。

纳米透明氧化铁分散体的制备方法多样，常见的有水热法、溶胶 - 凝胶法、共沉淀法等。这些方法的共同特点是需要在纳米尺度下控制氧化铁颗粒的尺寸和形貌，以达到透明效果。通过调节反应条件和后处理过程，可以进一步优化纳米透明氧化铁分散体的性能。

纳米透明氧化铁分散体在多个领域具有广泛的应用。在涂料行业，它可以作为一种新型颜料，提高涂料的透明度和耐候性；在光电领域，它可以作为透明导电材料、光催化剂等；在生物医学领域，它可以作为药物载体、磁共振成像对比剂等。此外，纳米透明氧化铁分散体还在环境保护、能源转换等领域发挥着重要作用。

随着科学技术的进步，纳米透明氧化铁分散体的研究越来越深入，应用领域也将不断拓展。未来的发展方向包括提高纳米透明氧化铁分散体的性能、降低制备成本、开发新的应用技术等。

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纳米透明氧化铁分散体百科

1. 前言

纳米透明氧化铁分散体是一种具有广泛应用潜力的纳米材料。本百科将为您介绍纳米透明氧化铁分散体的定义、制备方法、特性以及应用领域等方面的知识。

2. 定义

纳米透明氧化铁分散体是指将纳米级透明氧化铁颗粒分散在溶液或其他介质中形成的一种分散体系。纳米透明氧化铁颗粒的尺寸通常在1-100纳米之间，具有较高的比表面积和特殊的物理化学性质。

3. 制备方法

纳米透明氧化铁分散体的制备方法多种多样，常见的方法包括溶剂热法、溶胶-凝

胶法、水热法、共沉淀法等。

3.1 溶剂热法

溶剂热法是通过在有机溶剂中反应生成纳米透明氧化铁颗粒。该方法具有操作简单、适用范围广等优点。

3.2 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是通过将适当的前驱体在溶液中形成胶体，然后通过热处理使其凝胶

成固体。该方法制备的纳米透明氧化铁分散体具有较好的分散性和稳定性。

3.3 水热法

水热法是利用高温高压的水环境中进行反应合成纳米透明氧化铁分散体。该方法具有反应速度快、纳米颗粒尺寸可控等优点。

3.4 共沉淀法

共沉淀法是通过在溶液中加入适当的沉淀剂，使纳米透明氧化铁颗粒沉淀出来。该方法制备的纳米透明氧化铁分散体具有较好的形貌和分散性。

4. 特性

纳米透明氧化铁分散体具有以下特性：

4.1 尺寸效应

纳米透明氧化铁颗粒的尺寸在纳米级别，具有较高的比表面积和表面活性。这使得纳米透明氧化铁分散体在催化、吸附等方面具有独特的性能。

4.2 光学性质

纳米透明氧化铁分散体具有良好的光学性质，包括高透明度、低吸收率和高折射率等。这使得纳米透明氧化铁分散体在光学器件、光电子学等领域具有广泛应用。

纳米氧化铁的制备及应用

纳米氧化铁的制备及其应用

高令博化工与环境生命学部制药工程大连理工大学大连116023

摘要：纳米氧化铁是一种多功能材料。本文综述了纳米氧化铁的各种制备方法，对各种制备方法优缺点进行了分析和比较，详述了纳米氧化铁在磁性材料、透明颜料、生物医学、催化剂等方面的应用，并对其发展前景进行了展望。

关键词：氧化铁；纳米；制备；应用

引言

纳米材料和纳米结构是当今新材料领域中最富活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的组成部分。近几年来，世界各国对金属氧化物纳米粒子进行了广泛研究，并取得了显著成效，其中纳米氧化铁由于具有广阔的应用前景而备受关注。

1 纳米氧化铁的制备

纳米氧化铁的制备方法可分为湿法和干法。湿法主要包括水热法、强迫水解法、凝胶—溶胶法、胶体化学法、微乳液法和化学沉淀法等。干法主要包括：火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法（PCVD）、固相法和激光热分解法等。

1.1 湿法

1.1.1 水热法

水热合成法是指在密闭体系中, 以水为溶剂,在一定温度和水的自生压强下, 使原始混合物进行反应的一种合成方法。1982年，用水热反应制备超微粉引起了国内外的重视。由于反应在高温高压的水溶液中进行，故为一定形式的前驱物溶解—再结晶形成的良好微晶材料提供了适宜的物理化学条件[1-2]。康晓红等[3]采用载铁有机相与水相为反应物，于高压釜内进行水热反萃反应，经后处理后获得的氧化铁粉组成均一、粒度小、结晶完好。景志红等[4]也制备出了菱形、纺锤形和球形等不同形貌的氧化铁纳米颗粒。

纳米金属氧化物

纳米金属氧化物是一类具有纳米级粒径的金属氧化物材料，它们因其独特的物理和化学性质而在多个领域有着广泛的应用。具体如下：

1. 种类多样：包括纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化铈、纳米氧化铁等。

2. 制备方法：这些纳米材料的制备方法多种多样，如水热合成法、溶胶-凝胶法、模板法、溶液喷射法、直接发泡法等。

3. 应用领域：纳米金属氧化物在污水治理、空气净化、储能、隔热等领域有着广泛的应用。它们通常具有优异的催化性能，可以作为催化剂或催化剂载体使用。

4. 结构特点：一些纳米金属氧化物具有独特的连续多孔网络结构，这种结构不仅保留了金属氧化物的化学性质，还赋予了材料优异的物理性能。

5. 研究进展：近年来，科学家们还提出了一些新的制备策略，例如利用前驱体热膨胀形成的气泡作为软模板辅助制备二维金属氧化物，并同步在纳米片上生成大量介孔，这种方法可以一步法成功制备出高结晶度、厚度均一、高比表面积的均相金属氧化物纳米材料。

6. 性能调控：调控金属氧化物纳米材料的形貌对于调变其性能、拓展其应用空间具有重要意义。因此，研究者们不断探索新的合成方法和条件，以获得具有特定形貌和性能的纳米金属氧化物。

综上所述，纳米金属氧化物是一类非常重要的纳米材料，其不仅在科学研究中占有重要地位，而且在工业和技术应用中也展现出巨大的潜力。随着科学技术的发展，人们对这类材料的理解和应用能力将不断提升，从而推动相关领域的进步和创新。

纳米氧化铁的制备和表征

丙酮
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12
实验结果
▪ X-射线衍射分析（XRD）：八个特征峰证明产物中存在-Fe2O3，并且通过计算得到其粒径为 27nm。
▪ 电子扫描电镜图（SEM）：得到晶体的形貌表征图，既可以直接观察晶型又可以得到粒径的实测大小20-60nm，和计算相差不大。
▪ 气敏测试： -Fe2O3纳米颗粒做成的气敏元件对气体浓度的敏感程度可以达到微升级，通过其电阻的变化的计算可以定量的估计其气敏性能强弱。
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13
实验方法讨论
优点：实验操作简单，设备简易实验成功率大所得产物均匀性较好，尺寸小，气敏测验效
果好不足：
水解浓度较低，因此能耗较高实验存在很大的不确定性，结果如何很大部
分是由实验操作者自身因素决定。比如加热升温时候控制升温速度，氨水漂洗滴加氨水的量等。
反应的不确定性大。使得制得的最终产物不纯，混杂有别的晶型的氧化铁。
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8
气敏性能检测原理
▪ 影响传感器材料选择性，灵敏度的决定因素：
材料的种类及材料的结构形式
▪ 可用于传感的材料：
具有半导体特性,化学性质稳定。由于被测气体在表面的吸附可以引起载流子浓度的变化，从而在电学或光学性质上有所变化，并且能够被检测。
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9
气敏性能检测原理

纳米氧化铁制备新方法

纳米氧化铁由于具有良好的耐光性、耐热性、耐碱、耐酸、耐腐蚀性气体和良好的磁性，广泛应用于颜料、医药、生物等众多领域。目前纳米氧化铁的化学制备方法有空气氧化法有空气氧化法、凝胶-溶胶法、均匀沉淀法、胶体化学法、微乳液法等。南昌大学化工系和江西理工大学材料学院共同研制将超声方法应用于化学反应过程制备氧化铁纳米材料，这不仅拓宽了超声技术的应用领域，而且还解决了纳米材料制备过程所存在的某些难题。

将精制的七水硫酸亚铁溶液配成一定的浓度，以一定浓度的碳酸氢按为沉淀剂，生成Fe(OH)2，加入表面活性剂和分散剂，调剂pH值后，在一定工艺条件和超声波的作用下进行氧化煅烧后得到α-Fe2O3纳米粉体。根据统计测得的粒子的平均粒径为50nm左右，呈圆球形且粒子大小比较均匀，分散性好。

在制备过程中有几点因素会影响制备出的纳米氧化铁的性能。

FeSO4溶液浓度影响会影响α-FeOOH颗粒的大小，Fe(OH)2的生成过程，硫酸亚铁的浓度越高，温度越低，生成晶核数量越多，尽量采用饱和硫酸亚铁。

在超声波作用下，温度升高，蒸汽压上升，超声波声空化作用的空化阀值降低，空化强度降低，从而使得氧化速率减缓，晶核成长时间加长，导致α-FeOOH颗粒长大。制备α-FeOOH 温度控制在25~30℃较适宜。

反应时间影响产物的质量。若反应时间过长，粒子粒径明显增大；且在溶液中，晶粒间分子相互作用力增大，使超声波的分散能力减弱，也使粒子易产生团聚。

空气量过大，气体使液体激烈翻滚，破坏胶体，晶核发生沉淀。且如果液体中含气体量多，则超声波空化效应的空化阀值降低，声空化效应减弱，从而使得氧化速度减缓。

高纯纳米氧化铁

高纯纳米氧化铁是指具有高纯度的纳米尺寸的氧化铁颗粒。氧化铁（Fe2O3）是一种常见的金属氧化物，它具有许多独特的性质和广泛的应用。

高纯度的纳米氧化铁通常通过化学合成或物理方法制备得到。化学合成方法包括溶胶凝胶法、沉淀法和水热法等，物理方法包括气相沉积、磁控溅射和电弧放电等。这些方法可以控制氧化铁颗粒的尺寸、形状和分散性。

高纯纳米氧化铁具有以下一些特点和应用：

1.纳米尺寸效应：纳米尺寸的氧化铁具有较高的比表面积和

表面活性，对于某些应用而言具有优势。例如，在催化剂、电池材料和传感器等领域，纳米氧化铁的高比表面积可以

提高反应活性和敏感性。

2.磁性特性：氧化铁具有磁性，而纳米尺寸的氧化铁也表现

出较强的磁性。这使得高纯纳米氧化铁在磁性材料、医学

诊断和磁性储存等领域具有重要应用。

3.生物医学应用：高纯纳米氧化铁在生物医学领域有广泛的

应用，如磁性成像、磁性导向释药、癌症治疗和组织工程

等。其磁性和生物相容性使其成为药物输送和生物传感等

应用的理想候选材料。

需要注意的是，在使用高纯纳米氧化铁时，需要注意其合成、制备和处理过程中可能的安全和环境问题，以确保安全性

和可持续性。此外，具体的应用需要进一步的研究和验证，以确定其在各个领域的性能和效果。

纳米氧化铁的制备与应用研究进展

【摘要】本文介绍了纳米氧化铁的性质，综述了近年来纳米氧化铁的制备方法，初步探讨了制备工艺过程中所存在的问题，并介绍了纳米氧化铁的性能及其在各种领域中的应用。

【关键词】纳米氧化铁；性能；制备；应用

纳米氧化铁具有良好的耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应,可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面,且可望开发新的用途[1,2]。本文简单介绍了纳米氧化铁的性质，并论述了纳米氧化铁制备方法和应用。

1.纳米氧化铁的性质

纳米氧化铁的具有纳米粒子与纳米固体的基本特性，如表面效应，小尺寸效应，尺寸效应等，也表现出自身的特性与块体材料不同的现象。目前应用最多的氧化铁主要是α-Fe2O3，纳米α-Fe2O3的主要性质是有较好的耐热性、磁性、耐光性，并且纳米微粒尺寸小有较高的表面能，因此表现出很多不同于普通尺寸材料的特征。纳米氧化铁除了具有普通氧化铁的耐腐蚀、无毒等特点外，还具有分散性高、色泽鲜艳、对紫外线具有良好吸收和屏蔽效应等特点，可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、气敏材料、催化剂、电子、光学抛光剂、生物医学工程等行业中[3]。

2.纳米氧化铁的制备

纳米氧化铁的制备方法总体上可分为干法和湿法。湿法在工业生产中使用的较为广泛。一般以工业绿矾、工业氯化(亚)铁或硝酸铁为原料，采用强迫水解法、水热法、胶体化学法等制备。干法常以羰基铁或二茂铁为原料，采用火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积或激光热分解法制备[4]。由于湿法具有原料易得且能直接使用、操作简单、粒子可控等优点，因此工业上多用此法制备纳米氧化铁。

纳米磁性氧化铁红

简介：

纳米磁性氧化铁红主要采用独特的合成技术和高纯的原料生产，具有纯度高，杂质含量低，粒径小，粒度均匀、耐高温（600℃不变色）、分散性好等优点。纳米氧化铁是⼀一种新型的纳米材料，可广泛应用于涂料、油漆、油墨和化工材料等领域。由于它的粒径仅为20-50nm，粒径很小，因此具有强紫外线吸收、高彩度、高着色力、高透明度等特性，且无毒、无味、耐温、耐酸碱，因而用途十分广泛。

应用领域：

1、由于铁红具有的耐温性能，因此适用于各种塑料、橡胶、陶瓷、石棉制品的着色；

2、适用于防锈漆、中低档涂料。适用于水泥制品、彩瓦的着色；

3、在纤维着色浆、防伪涂层、静电复印、油墨方面的应用都十分广泛；

4、化妆品：纳米氧化铁的无毒性和吸收紫外能力极强性，适用化妆品行业；

5、粉末涂料：纳米氧化铁在温度300℃内颜色无变化；

6、在磁记录材料方面的应用：纳米氧化铁磁性材料加入涂料中，具有比重轻，对电磁波和声波有良好的吸收和衰减，对中红外波段有很强的吸收、耗散、屏蔽作用等特性；

7、在医学、生物领域中的应用；

8、在催化方面、传感器方面的应用。

上海那博化工科技有限公司于2012 年在上海市嘉定区建成，成为那博化工在中国的综合服务平台，并辐射至亚太区众多客户。那博化工致力于通过品牌、产品及服务，为涂料、塑料、造纸和特殊用品市场创造更好的、更令人满意的价值。

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纳米氧化铁的简介

概述：

纳米磁性四氧化三铁(Fe3O4)，粒径小，易分散，用途广泛，具有铁的磁性，可做颜料，抗紫外材料，微波吸收材料，锂电池材料，磷酸铁锂原材料，用途十分广范。

应用领域：

1、化工、塑料、纺织、涂料、橡胶、颜料、密封等；

2、电子、电子封装料、铁氧体材料、电池；

3、金属、陶瓷、纳米陶瓷、复合陶瓷基片；

4、抗紫外材料，微波吸收材料；

5、生物医药领域：磁性药物载体，细胞分离技术，磁热疗材料等；

6、磁保健材料；

7、磁记录材料。

性能特点

纳米氧化铁的制备和物象表征

实验十九纳米氧化铁的制备和物相表征（~25学时）

一、实验目的和要求

1．初步了解纳米材料的概念和特点。

2．掌握纳米材料的制备过程。

3．学会利用X－射线粉末衍射和电子透镜技术表征纳米材料。

4．掌握化学论文的撰写格式及各部分的要点。

二、实验原理

实验过程包括两个部分：样品的制备和样品的表征

铁的氯化物、硝酸盐等在pH值很小的情况下就开始水解。水解所形成的胶体是多种水解产物的混合体。[Fe(OH)(H2O)2]2+、[Fe(OH)2H2O]1+、Fe(OH)3, FeO(OH)等化合物所占比例的多少受pH值和温度的影响。pH >3，温度超过70︒C。水解产物基本上以FeO(OH)的形式存在。至于是以α型还是β型以及颗粒的大小与温度的高低和反应时间的长短有关。

纳米氧化铁的制备利用了铁盐易水解的性质。颗粒的种类和大小决定于晶种的多少和水解速度的快慢。直截一点，就是对pH值和温度十分敏感。本实验采用酸化的[Fe(H2O)6]Cl3溶液，加热溶液，HCl气体挥发，溶液的pH值缓慢升高，在尽可能低的pH值下产生少量的晶核，控制温度和时间，就会得到一定粒径的均匀的纳米颗粒。

样品物象的表征包括形貌、粒度和晶相三个方面。物相分析一般使用X－射线粉末衍射仪（XRD）和电子显微镜。形貌和粒度可通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）直接观测到粒子的大小和形状。但由于电镜只能观测局部区域，可能产生较大的统计误差。晶粒（注意粒子的大小和晶粒的大小不是一个概念，在多数情况下纳米粒子是由多个完美排列的晶粒组成的）的晶相和大小，虽然也可通过更强的场发射透镜（HRTEM）得到，但是机器昂贵、操作复杂，所以实验室一般使用X－射线粉末衍射仪。下面就简单介绍两种大型分析仪器：XRD和TEM。

氧化铁磁性纳米颗粒的制备及性能研究

化铁磁性纳米颗粒是一种具有重要应用价值的新材料，可以应用在生物医学、磁存储、磁共振成像等领域。在本文中，将探讨氧化铁磁性纳米颗粒的制备方法及其性能研究。

首先，我们来看氧化铁磁性纳米颗粒的制备方法。目前常用的方法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法、溶剂热法等。其中，溶胶-凝胶法是比较常用的一种方法。首先，将适量的铁盐在溶剂中溶解，然后加入适量的表面活性剂，搅拌均匀后加入适量的脱水剂进行混合反应，最终得到纳米颗粒。这种方法制备的氧化铁磁性纳米颗粒具有颗粒尺寸均匀、形貌可控等优点。

其次，我们来讨论氧化铁磁性纳米颗粒的性能研究。氧化铁磁性纳米颗粒的磁性能是其重要的性能之一。磁性的大小主要取决于颗粒的大小、形貌等因素。通过调控制备方法和工艺参数，可以得到不同尺寸和形貌的氧化铁磁性纳米颗粒。研究发现，随着颗粒尺寸的减小，磁性逐渐增强，具有更好的磁化特性。

此外，氧化铁磁性纳米颗粒还具有良好的生物相容性和生物活性。这为其在生物医学应用中具有广阔的前景。研究表明，氧化铁磁性纳米颗粒可以作为磁共振成像的对比剂，用于体内肿瘤诊断和治疗。此外，还可以应用在磁导航、药物缓释等领域。

综上所述，氧化铁磁性纳米颗粒作为一种重要的功能材料，在多个领域具有重要应用价值。通过不同制备方法得到的氧化铁磁性纳米颗粒具有不同的性能表现，具有广泛的应用前景。未来，我们可以进一步优化制备工艺，探索其更广泛的应用领域，并不断提高其性能，实现更好的应用效果。

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第一章综述

1.1 概述

1.1.1 氧化铁的性质

纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并崛起的新科技，它的基本内涵是指在-9-7）范围内认识和改造自然，通过直接和安排原子，分子创造1010～纳米尺寸（新物质，以及改造原有物质使其具有新的性质[1]。纳米材料具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应及宏观量子隧道效应等基本特性[1]。这些基本特性使纳米材料具有不同与常规材料的潜在的物理，化学性质，因此引起人们的广泛兴趣。纳米氧化铁( nano- sized iron oxide) 具有良好的耐候性、耐光性、磁性

和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应, 可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面, 且可望开发新的用途[2，3]。

通常，铁的氧化物及其羟基氧化物均归属于氧化铁系列化合物，按价态，晶型结构的不同可以分为（α-﹑β-﹑γ-）FeO ﹑FeO ﹑FeO 和（α-﹑β-﹑γ-）

4323FeOOH.按色泽又可以分为，红﹑黄﹑橙﹑棕﹑黑。较具实用价值的有，α- FeO32﹑β- FeO ﹑α- FeOOH﹑FeO等。43321.1.2 氧化铁的应用

1 纳米氧化铁在装饰材料中的应用

在颜料中, 纳米氧化铁又被称为透明氧化铁( 透铁) 。所谓透明, 并非特指粒子本身的宏观透明, 而是指将颜料粒子分散在有机相中制成一层漆膜( 或称油膜) , 当光线照射到该漆膜上时, 如果基本不改变原来的方向而透过漆膜,

就称该颜料粒子是透明的。透明氧化铁主要有5 个品种, 即透铁红、黄、黑、绿、棕。透明氧化铁颜料因其有0.01μm 的粒径, 因而具有高彩度、高着色力和高透明度, 经特殊的表面处理后具有良好的研磨分散性。透明氧化铁颜料可用于油化与醇酸、氨基醇酸、丙烯酸等漆料制成透明色漆, 有良好的装饰性。此种透明漆既可单独, 也可和其他有机彩色颜料的色浆相混, 如加入少量非浮性的铝粉浆则可制成有闪烁感的金属效应漆; 与不同颜色的底漆配套, 可用于汽车、自行车、仪器、仪表、木器等要求高的装饰性场合。透铁颜料强烈吸收紫外线的特性使其可作为塑料中紫外线屏蔽剂,而用于饮料、医药等包装塑料中。纳米FeO 在32 1

静电屏蔽涂料中也有广阔的应用前景, 日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的FeO 纳米涂料。这种具有半导体特性的纳米粒子在室温下具有比常规的23氧化物高的导电性, 因而能起到静电屏蔽作用。

2 纳米氧化铁在油墨材料中的应用

透铁黄可用于罐头外壁的涂装, 透铁红油墨为红金色, 特别适合罐头内壁用, 加之透铁红耐300 ℃的高温, 是油墨中难得的颜料珍品。为提高钞票的印制质量, 往往在印钞油墨中加入纳米氧化铁颜料来保证钞票的色度和彩度等指标。

3 纳米氧化铁在着色剂中的应用

随着人们生活水平的提高, 人们越来越重视医药、化妆品、食品中使用的着色剂, 无毒着色剂成了人们关注的焦点。纳米氧化铁在严格控制砷和重金属含量的情况

下, 是良好的着色剂。纳米氧化铁可用于制造化妆品中的粉饼, 若与珠光颜料并用可使珠光颜料着色, 增添珠光粉的魅力。药用明胶胶囊、果冻和某些饮料等也都使用了透明氧化铁作为着色剂。

4 纳米氧化铁在光吸收材料中的应用

纳米微粒的量子尺寸效应使其对某种波长的光吸收带有蓝移现象和对各种波长

光的吸收带存在宽化现象, 纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性而制

成的。通常, 纳米微粒紫外吸收材料是将微粒分散到树脂中制成膜, 这种膜对紫外光的吸收能力依赖于纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组分。FeO 纳米微粒的聚固醇树脂膜对600 nm以下的光有良好的吸收能力, 可用作半32导

体器件的紫外线过滤器。

5 纳米氧化铁在磁性材料和磁记录材料中的应用

作为磁记录单位的磁性粒子的大小必须满足以下要求: 颗粒的长度应小于记录

波长; 粒子的宽度( 如可能长度也包括在内) 应该远小于记录深度; 一个单位

的记录体积中, 应尽可能有更多的磁性粒子。纳米FeO具有良好磁性和很好32

的硬度。氧磁性材料主要包括软磁氧化铁( α-FeO) 和磁记录氧化铁( γ-

32FeO) 。磁性纳米微粒由于尺寸小, 具有单磁畴结构、矫顽力很高的特性, 用它32制作磁性记录材料可以提高信噪比, 改善图像质量。目前, 所用的录像磁带一

般使用的磁性超微粒为铁或氧化铁的针状粒子( 如针状γ- FeO) [ 4，5] 。326 纳米氧化铁在定向药物中的应用

定向药物是目前药物技术研究的热点之一。在外加磁场的作用下,通过载体—纳米微粒的磁性导航, 使药物移向病变部位, 达到定向治疗的目的。这样不但可以极大地提高药物的效率, 而且能减少药物在人体其他器官上的量, 从而有效避

免药物在对病灶作用的同时伤害人体其他器官[6] 。磁性氧化铁生物纳米颗粒具有比表面效应和磁效应, 易定向,对人体无副作用, 可作为药物定向的有效载体。据报道, 磁性氧化铁外包葡聚糖生物纳米颗粒, 可作为基因载体, 在酸性条件下, 该纳米颗粒表现出DNA 结合力及抵抗DNASE- I 消化的作用[7] 。10 nm～50 nm 的FeO 的磁性粒子表面包覆甲基丙烯酸, 尺寸为200 nm, 这种亚微43米级的粒子携带蛋白、抗体和药物可以用于癌症的诊断和治疗。这种局部治疗效果好,副作用少, 很可能成为癌症的治疗方向。

7 纳米氧化铁在催化剂中的应用

纳米氧化铁具有巨大的比表面, 表面效应显著, 是一种很好的催化剂。纳米粒子由于尺寸小, 表面所占的体积百分数大, 表面的键态和电子态与颗粒内部不同, 表面原子配位不全等导致表面的活性位增加。用纳米粒子制成的催化剂的活性、选择性都高于普通的催化剂, 并且寿命长、易操作。将用纳米α- FeO 做32成的空心小球, 浮在含有有机物的废水表面上, 利用太阳光进行有机物的降解可加

速废水处理过程。美国、日本等对海上石油泄露造成的污染进行处理时采用的就是这种方法。纳米α- FeO 已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成的32催化剂。纳米α- FeO 催化剂可使石油的裂解速度提高1～5 倍, 以其作为燃烧32催化剂制成的固体推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高1～10 倍, 这对制造高性能火箭及导弹十分有利。

8 纳米氧化铁在陶瓷材料中的应用

氧化铁系统陶瓷首先以具有特殊磁性的间晶石型铁氧体而得到广泛的应用。目前用于氧化铁单元系统陶瓷的超细粉体多采用共沉淀法制备, 此法制得的氧化铁