无溶剂Fe_3O_4纳米流体的制备及表征

１ ２ Ｆ 米粒 子的制 备 ． ｅ Ｏ 纳
将 ＦＣ ４ ｅ １ Ｈ Ｏ和 ＦＣ３ Ｈ Ｏ配成 １ｍ ｌＬ的溶液 ， 按体 积 比 １ ２ ・ ｅ １・ ： ６ ｏ ／ 再 ： 配成 混合 溶液 ， Ｎ 气 保护 在 ２ 下搅拌 １ ｉ； 超声振 荡下 向溶 液 中加 入 过量 ５ 的 氨水 ， 拌 １ ｉ； 黑 色颗 粒 用蒸 馏 水洗 涤 ０ｍｎ 在 ％ 搅 ０ｍｎ 将 ４～５次 ； ６ 于 ０℃干燥 ； 干燥 的 固体研磨 得 到纳米 Ｆ， 将 ｅＯ ． １３ 无溶剂 纳米流 体 的制备 ． 称 取 ０５ｇＦ 入到 １ Ｌ氨水 中（Ｈ＝１ ） 在 ２ 的热水 浴 中超声分 散 ２ ｎ 加 入 ３ｍＬ ． ｅＯ 加 ０ｍ ｐ ０ ， ５℃ ５ｍｉ，
中图分类号 ０ ３ ；０ ４ ． ６ １ ６ ７２ 文献标识码 Ａ Ｄ Ｉ ０ ３ ６／．ｓｎ０ ５ －７０ ２ １． １０ ５ Ｏ ：１ ．９ ９ ｊｉ ．２ １ ９ ．０ ２ ０ ． ３ ｓ ０
１９ ９５年 Ｃ ｏ等 首先 提 出了“ ｈｉ 纳米 流体 ” Ｎ ｎｆ ｉｓ 的概念 ，即 以一 定 的方式 和 比例 ， 纳米 级 （ ａｏｕｄ） ｌ 将 金属 或非金 属氧化 物粒 子添加 到流体 中 ， 形成 一类新 型换 热 工质 ．后 来 人们 又把 这 个概 念 拓展 为 以一 定 的方式 和 比例 在液体 中添加 纳米 粒子形 成一种 均匀 、 定 和高 导热 系数 的新 型换 热工 质．纳 米流 体 稳 提高 了纳米 粒子 的分散 性 ， 保持 了其粒 径小及 比表 面积 大 的优点 ， 纳 米粒 子在 换 热方 面 体现 出很 强 使 的优 势 。］ 。 ． 传统 的纳米 流体悬 浮液 中纳米 粒子 的质量 分数 通 常小 于 ５ ．由于溶 剂 与纳 米粒 子 之 间 只是简 单 ％ 的混 合 ， 随着 纳米粒 子含 量 的增 大 ， 纳米 粒 子在 放 置一 段 时 间后 很容 易 因 团聚 而沉 淀 ．因此 ，如果 可
号 ： ２ １０ ２ 资助 ． Ｚ０１１）
联 系人简介 ：郑亚萍 ，女 ， 博士 ，教授 ，主要从 事纳米复合材料 、聚合物结构与性能研究．Ｅｍａ ： ｈｎｙ ＠ｎ ｐ ．ｄ ．ｎ － ｉ ｚｅｇｐ ｗ ｕ ｅ ｕｅ ｌ
Ｎ ． ｏ１
檀 雨默等 ： 无溶剂 Ｆ３ 纳米流体 的制备及表征 ｅＯ
合成的 Ｆ ｅＯ 颗粒为纳米级小粒径晶体颗粒．
２ 。 （）
Ｆｉ ． ＸＲＤ ａ ｔｒ ｆＦｅ ａ ｏ ａ ｔｅｅ ｇ１ ｐ ｔ ｎ ｏ ３ ｎ ｎ ｐ ｒ ｉｌｓ ｅ Ｏ４ Ｆ ｇ ２ ＦＴ Ｒ ｐ ｃ ｒ ｍ ｆｓ ｌ ｅ ｔｆ ｅ ｅ ａ ｏ ｕ ｄ ｉ． Ｉ ｓ ｅ ｔ ｕ ｏ ｏｖ ｎ －ｒ ｅ Ｆ ３ ０４ｎ ｎ ｆ ｉ ｓ ｌ
Ｃ一 ｌ，在 Ｆ 纳米粒 子表 面生成 具有 阴 、阳离子 双 电层 结构 的表 面处 理层 ，制得 无 溶剂 Ｆ 纳米 流 ｅＯ ｅＯ
体 ， ｅＯ Ｆ 纳米 粒子 呈单分 散 ， 并能 在室温 下流 动．
１ 实 验 部分
１ １ 试剂 与仪器 ．
氯化亚铁（ ｅ １４ ： ） ＦＣ２ Ｈ Ｏ 和氯化铁 （ｅ １６ ） 纯度 ９ ％， － ＦＣ Ｈ Ｏ ， ・ ９ 成都临江化工厂 ； 氨水和甲醇 ， 体积
国Ｔ Ａ公 司 ） Ｔ Ａ ５ ； Ｇ Ｑ ０型热失 重分 析仪 （Ｏｏ／ ｉ； 国 Ｔ ２ ｍｎ 美 Ｃ Ａ公 司） Ｈ．０ 射 电镜 （ ； ８０透 日本 日立公 司 ） ； Ａ —２流变仪 （ 国 Ｔ ＲＧ 美 Ａ公 司） 超 声清洗 机 （ ； 中国昆山超 声仪 器有 限公 司 ） ．
２ 结 果与 讨 论
２ １ Ｘ射 线衍 射分 析 ．
将制备的纳米 Ｆ ｅ０ 粉体的 Ｘ Ｄ谱图（ １ 与 Ｆ Ｒ 图 ） ｅＯ 标准衍射卡片（９０２ ） １－ ９ 进行对 比分析，图 ６
谱特征峰基本一致 ， 说明该 Ｆ ｅ０ 纳米粒子属单相立方晶型．按照 Ｄ ｂｅ ｃｅ ｅ 公式 Ｄ＝ Ａ Ｂ ｏ ， ｅｙ－ ｈｍ ｒ Ｓ Ｋ ／ ｃｓ ０ 取 （１） ３ １ 特征 峰处 的 值 ， 算得 到纳 米粒子 Ｆ 的平均 晶粒尺 寸为 １ ｍ． 明超 声辅 助共沉 淀法 计 ｅＯ １ｎ 说
一 应两 一 写岩阜Ｈ 别 在一 ２和一 ７９ ｌ ２ ．２℃处 出现放 热 峰 ， ≥０ 者 的结 晶 温度 （ ｃ ．无 溶 剂 Ｆ 纳 米 流体 在 一 ８６ 对 Ｔ） ｅＯ １．６℃
６ ４ ２ Ｏ 时 出现 了一个 平 台 ，即产 物 的玻 璃 化 转 变 温 度 （书 ．磺 酸 钾 盐 在 １ ） ８℃ 和 无 溶 剂 Ｆ 纳 米 流 体 在 ｅＯ
使不溶解的固体颗粒沉降至溶液澄清； 将上层清液于 ６ Ｏ℃干燥 ， 得到棕色磁性纳米 Ｆ。 ｅ０ 氯盐； 参照 １ 产物加 １ Ｌ质量分数为 １． ％的 ｃ Ｈ 一ｃ Ｈ ） Ｏ Ｈ Ｃ ０ Ｃ ，０ Ｋ 磺酸盐） ｇ ５ｍ ６５ （ （ Ｃ Ｈ ） （ Ｈ ）ｓ （ 。 水溶液 ， 使 固体溶解 ； 将混合液于 ７ ０℃油浴中搅拌反应 ２ ， ４ｈ 得到棕色混合液 ， 甲苯多次洗涤， ７ 用 于 ０℃干燥 ； 用 丙酮 溶解 蜡状 物质 ， 心分离 除去溶 液 中不融颗 粒 ， ７ 离 于 Ｏ℃干燥 得 到纳米 流体 ．
Ｖ０ ＿ ３ ｌ３
２１ ０ ２年 １ 月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥ Ｃ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ ＭＩ ＡＬＪ ＮＥＳ ＵＮＩ Ｅ ＶＥＲＳＴ Ｅ ＩＩ Ｓ
Ｎｏ １ ．
２ ６～２ ９ ０ ０
无 溶剂 Ｆ ３ ４ 米流 体 的制 备及 表 征 ｅＯ 纳
檀雨默 ，郑亚萍 ，兰 岚 ２．５℃的吸热峰分别为两者的熔融峰．与脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钾盐相 比， ０３ 无溶剂 Ｆ， ｅＯ 纳米流体 的结晶放热峰很弱 ， 而其玻璃化转变吸热峰却非常明显 ， 这可能是改性后体系 的链段运动受到空间位 阻和离 子键影 响 ， 导致 其结 晶能力 大 幅度减 弱 ，而无 定形 区 比例 增大 ．这也 从 另 一个 方 面 说 明 了磺 酸
分 数 为 １％ ， 西 安 市 福 晨 化 学 试 剂 厂 ； 四 氢 呋 喃 ， 分 析 纯 ， 天 津 富 宇 精 细 化 工 厂 ； ８
收稿 日期 ： ０ １ １１． ２ １－ —１ ０
基金项 目： 国家 自 然科学基金（ 批准号 ： １７ １９ 、 ５ ０ ３２ ） 航空基金 （ 批准号 ： ０ ０ Ｆ ３６ ） ２ １Ｚ ５０ ０ 及西北工业大学研 究生创业种子基金 （ 准 批
２ ２ 红外 光谱分 析 ．
图 ２为无 溶剂 Ｆ 米流体 的红外光 谱．１４ ｍ ｅＯ 纳 ６ ９ｃ 处为磺 酸盐 苯环 骨架 的振动 峰 ，１０ ｍ ５ｃ 处 １ 为醚键 的 ｃ ０伸缩振 动峰 ， ９０和 ２５ ｍ 一 ２２ ８６ｃ 处 为亚 甲基 的 ｃ Ｈ伸缩 振动 峰 ， ４ ８ｃ 处为亚 甲基 — １６ ｍ
能化特性（ 如电学 、 磁学 、 光学和生物特性等） 可应用于热传导 、 ， 导电、润滑剂 、 电子机械系统 微 （ ＭＳ 、冰箱制 冷液 和生物 系统等 领域 ¨ Ｊ ＭＥ ） ．
本文 首先合 成 了纳 米粒 子 Ｆ 将 含有 硅氧 烷基 的离 子 型改性 剂 二 甲基 十八 烷 基 ［．三 甲氧 基 ｅＯ ， ３（ 硅基 ） 丙基 ］ 氯化 铵与 Ｆ 纳米 粒子进 行接枝 反应 ， 用脂 肪醇 聚氧 乙烯 醚磺 酸盐 的长链 阴离 子交 换 ｅＯ 再
（ 北 工 业 大 学 理 学 院应 用 化 学 系 ， 安 ７ ０ ７ ） 西 西 １０ ２
摘要
采用共沉淀法合成 Ｆ ｅＯ 纳米粒子 ， 将含有硅 氧烷 基 的离 子型改性剂 二 甲基 十八烷基 ［ 一 三 甲氧基 ３（
硅基 ） 丙基 ］ 氯化铵与 Ｆ ｅＯ 纳米粒子进行接枝反应 ， 再用脂肪醇 聚氧 乙烯醚磺酸盐 的长链 阴离子交换 ｃ一 ｌ， 在 Ｆ 纳米粒子表面生成具有 阴、阳离子双电层结构 的表面处理层 ， ｅＯ 得到无溶剂 Ｆ ，） ｅ（ ４纳米流体．研究 结 果表 明，在 Ｆ 纳米粒子表面成功接枝 了有机物长链 ，改性 的 Ｆ， 纳米粒子呈单分 散分 布 ， ｅＯ ｅＯ 其损耗剪切 模量 Ｇ 明显大于储能剪切模量 Ｇ ， 具有 明显 的流体行为 ，在室温下即可流动． 关键 词 无溶剂纳米流体 ； 表面改性 ；Ｆ ｅＯ 纳米粒子
的ｃ —Ｈ弯曲振动峰， ０６ｃ 处为 ｓ 一ｓ 的伸缩振动峰 ， ３ ｍ 处为 ｓ 一Ｆ 对应的吸收 １３ ｍ ｉ 一０ ｉ ９０ｃ ｉ 一０ ｅ 峰， ３４ ｍ 在 ４ ６ｃ 处 ， 无溶剂 Ｆ ｅ０ 纳米流体 出现 明显的羟基峰 ，由体系中残 留 ｓ ｉ Ｈ中的羟基 和 一０
以在没有溶剂的情况下， 进一步提高纳米流体 中纳米粒子的含量 ， 使纳米粒子呈现液体状态 ， 不仅能
解决 纳米粒 子 的分散 问题 ， 而且 可进一 步 降低 其热 阻 ．通常 ， 没有溶 剂存 在 的条 件下 ， 米粒 子 在 纳 只有 在熔 融温度 以上才 能呈 现流 体状态 （ 熔融 温度一 般达 １０ ００ｏ Ｃ以上 ） ．而无溶 剂纳米 流体 （ 纳米 粒子 液体 化 ） 于胶体 分散 颗粒体 系 ， 属 一般 在室温 或低 温 （ ２０ｏ 下 即可 流动 ， ＜ ０ Ｃ） 从而 提高 了纳 米粒 子 的可 操作 性 ．同时 ， 米粒子 在 空问分 布保持 了 纳米 粒子 固有 的物 理 和化 学性 能 ．因此 ，制 备无 溶 剂纳 米 纳 流体 ，不仅可 以解决 纳米 粒子 团聚 的问题 ， 而且 可 以充分 发挥 纳 米粒 子 的 特殊 效应 ，实 现许 多 新 的功
． ＼ 【 １ 三＿ ｌ 们
９％ ， ８ 天津 红岩 化学试 剂厂 ； 馏水 （ 蒸 自制 ） ．
Ｒ ／ Ａ ．ｃ Ｄ Ｍ Ｘ Ｒ 转靶 ｘ射线粉末衍射仪 （ Ｒ ， ｕ ， ＝ ．５０ ｍ，日 Ｘ Ｄ Ｃ 靶 Ａ ０ １４６ｎ 本理学公司） ＷＱ 一１ 傅 ； Ｆ３０ 里叶变换红外光谱仪（ ＴＲ， Ｂ 压片， ＦＩ Ｋ ｒ 北京第二光学仪器厂） 差示量热扫描仪（ Ｓ ， ０ｏ／ ｉ， ； Ｄ Ｃ １ Ｃ ｍｎ 美