四氧化三铁纳米粉体的制备及表征

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具体制备
• 滴定水解法：称取0.85g(3.1mmol)FeCl3· 6H2O
与0.30 g(1.5mmol)FeCl2· 4H2O,在氮气保护下溶 解于200mL二次蒸溜水中。在强烈的磁力搅拌下, 将1.5M的氢氧化氨(NH4OH)溶液缓慢加入上述铁 盐的混合溶液中,当溶液pH值升高到6～7时,铁盐 水解产生大量的黑色四氧化三铁晶体粒子。继续 滴加氢氧化氨至pH=8,使水解趋图Fe3O4纳米粒 子的XRD谱图(a)滴定水解法制备得到的Fe3O4晶 体粒子(b) Massart 水解法制备得到的Fe3O4 晶 体粒子Fig.1XRD patterns of Fe3O4 nanoparticles于完全。四氧化三铁粒子采用以上同样 方法分离纯化。
Fe3O4纳米粒子的TEM照片
(a)滴定水解法制备得到的Fe3O4晶体粒子 (b)Massart水解法制备得到的Fe3O4晶体粒子
实验结果
两种粒子的磁滞回线均无 顽磁和剩磁。这表明上述 两种四氧化三铁纳米粒子 都具有超顺磁性。从磁滞 回线还可以看出,由滴定水 解法制得的磁性粒子的饱 和磁矩(Rs)略高于Massart 方法制得的磁性粒子,但相 差不大。
两种方法都可以制备出纳米四氧三铁 粒子，但是制备出的粒子的表征和性 能却不尽相同，因此试验比较。
具体制备
• Massart水解法：
0.85g(3.1mmol)FeCl3。6H2O与0.30 g (1.5mmol)FeCl2· 4H2O,在氮气保护下将上述铁 溶解于10mL二次蒸溜水中。在强烈的磁力搅拌下 将铁盐混合溶液滴加入200mL,1. mol/L 的氢氧化 (NH4OH)溶液中。水解产生的黑色四氧化三铁晶 用磁铁从溶液分离出来,用蒸溜水洗涤3 次,然后分 于20mL蒸溜水中。四氧化三铁(Fe3O4)在水中的 量,是从上述分散液中取出部分溶液,烘干后称重得 到。
纳米四氧化三铁的制备
（水解法）
• Massart 水解法:将摩尔比为 2∶1 的三价铁盐 ( Fe3+)与二价铁盐( Fe2+) 混合溶液直接加入到 强碱性的水溶液中, 铁盐在强碱性水溶液中瞬间水 解结晶形成四氧化三铁( Fe3O4) 纳米晶体。
• 滴定水解法：稀碱溶液滴加到摩尔比为 2: 1 的三 价铁盐( Fe3+)与二价铁盐(Fe2+)混合溶液中, 使 铁盐溶液的 pH 值逐步升高, 达到6～7 时, 水解生 成 Fe3O4 纳米晶体。
实验结果
由滴定水解法制备得到的 Fe3O4纳米粒子主要为球形 结构。粒子大小均匀。粒子 的直径均在5～10nm之间。 平均直径约为 8 nm. 从图(b) 可以看出,由 Massart方法水 解得到的Fe3O4纳米粒子的 外形不很规则,包含从球形到 立方体之间的多种形态的粒 子。虽然粒子的平均直径与 滴定水解法制备的Fe3O4粒 子差不多,但粒子大小分布不 如前者均匀,包含一些直径小 于5 nm及大于10nm的颗粒。
个人所见
• Massart合成法的效果不如滴定水解法。但 是合成方法相对简单。对于那些对粒子的 形状要求不高的方案，尽可以使用Massart 合成法。而对那些精益求精的实验则可以 使用滴定水解法。
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实验重难点
• 制备粒子后如何观测获测量其大小形态， 峰谱，磁性能： 透射电镜（TEM） X-射线粉末衍射（XRD） 纳米粒子的磁性在超导量子干涉仪(SQUID)
四氧化三铁纳米粉体的制备及表征
邱星屏 厦门大学化学化工学院 材料科学系
南理工
孙畅
神奇的纳米四氧化三铁
• 磁性纳米粒子在理论和实际应用上都有着重大的意义。目 前，纳米粒子正逐步的取代微米粒子，走上历史的舞台。 • 在磁记录方面磁性纳米粒子可用于高密度磁记录材料的制 备。 • 在生物技术领域, 用磁性纳米粒子制成的磁性液体已广泛 用于磁性免疫细胞分离核磁共振的造影成像以及药物控制 释放等在已报道的各类磁性纳米粒子中。 • 有关四氧化三铁( Fe3O4) 纳米晶体的制备方法及应用研 究尤其受到重视通过控制适当的反应条件, 人们已经能够 制备出直径从几个至几十个纳米的四氧化三铁纳米粒子。 • 与块体磁性材料不同,由于纳米粒子的尺寸极小( 1～100 nm) ,常常表现出超顺磁性: 即在其磁滞回线上无顽磁和剩 磁。
实验结果
图1(a)的衍射峰较尖锐,而图(b)的 衍射峰则较宽。说明由滴定水解 法制备得到的 Fe3O4 纳米粒子的 晶体比较粗大或粒径分布比较 窄,Massart水解法制备得到的 Fe3O4纳米粒子的晶体比较细小 或粒径分布比较宽。
Fe3O4 纳米粒子的 XRD 谱图
(a)滴定水解法制备得到的 Fe3O4 晶体粒子 (b)Massart 水解法制备得到的 Fe3O4 晶体粒子
综上所述
• 采用1.5 mol/L的氢氧化氨稀溶液作水解液,由 Massart合成法和滴定水解法均能够制得粒子直 径在5～10nm之间的Fe3O4磁性粒子。其中,由 Massart合成法得到的Fe3O4磁性粒子呈现从球 形到立方体形的多种形状。而由滴定水解法合成 得到的Fe3O4磁性粒子则主要为球形结构,粒子大 小比较均匀。从磁性测量结果来看, 由上述两种方 法合成的Fe3O4磁性粒子的饱和磁矩相近,这与电 镜照片观察到的两种粒子的尺寸相接近的结果一 致。