Fe3O4磁性纳米材料的研究

Fe3O4磁性纳米材料的研究

纳米Fe3O4磁性材料的合成与现状

邹晓菊

（淮南师范学院化学与化工系08应化（1）班淮南 232001 ）

【摘要】：本论文从Fe3O4的空间构型,磁矩,磁化率，说明它具有磁性的原因。简述纳米材料与纳米复合材料的特性，具体介绍了纳米Fe3O4磁性材料的制备方法，主要有机械球磨法，水热法，微乳液法，超声沉淀法，水解法，湿化法。此外，还研究了选取不同聚合物对纳米Fe3O4粒子表面进行修饰，制备了四种类型的聚合物修饰纳米Fe3O4磁性复合材料，利用流变仪，红外光谱，热重分析，动态超显微硬度仪测试表征的方法地所复合体系的结构及性能进行了研究。最后利用生物分子葡萄糖为还原剂,通过绿色化学合成方法制备得到了超顺磁性四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒；还利用原位还原法、共混包埋法、悬浮聚合法等方法分别制备得到了双功能Fe3O4/Se一维纳米板束、Fe3O4/Se/PANI复合材料、双醛淀粉包覆的和聚苯乙烯-丙烯酸包覆的Fe3O4磁性高分子微球。

【Abstract】：This paper from the space configuration, Fe3O4 magnetic strength, susceptibility, explain it has magnetic reasons. Briefly nanometer material and the characteristics of nano composite materials, introduces the preparation of nanometer Fe3O4 magnetic material method, basically have mechanical ball grinding method, hydrothermal synthesis, microemulsion method, ultrasound depositing, hydrolysis method, moist method. In addition, also studied choosing different of nanometer particle surface of polymer modified Fe3O4 prepared, four types of polymer modified nano Fe3O4 magnetic composite materials, using rheometry, ir, thermogravimetric analysis, the dynamic super microhardness meter test method of compound characterized the land which the structure and properties of the system were studied. Finally, using the biological molecules glucose for reductant, and through the green chemical synthesis method preparation got super paramagnetic SanTie (four oxidation

Fe3O4) nanoparticles; Also use the in situ reduction method and blending embedding law, suspension polymerization methods such as double function was obtained respectively Fe3O4 / Se 1-d nano plate beam, Fe3O4 / Se/PANI composite materials, of dialdehyde starch coated and polystyrene - acrylic coated Fe3O4 magnetic polymer microspheres.

【关键词】：磁矩磁化率磁性流体强磁性颗粒聚合物

【 keywords 】： magnetic moment magnetism magnetic fluid strong magnetic particles polymer

一 Fe3O4的介绍：

磁铁矿Fe3O4是一种简单的铁氧体，是世界上最早应用的一种非金属磁性材

料，它具有反尖晶石型结构。磁铁矿可以写成【Fe3+】+【Fe2+Fe3+】O4，磁铁矿中

每个Fe3+离子有五个3d电子，它们是自旋平行的，因此其磁矩为5.92BM,但由于在四面

体空隙中Fe3+离子和八面体空隙中是我Fe3+磁矩取向相反，这就是它们的磁矩全部抵消。

铁氧体磁性材料是由金属氧化物组成的，可用MO。XFe2O3 表示，其中M是二加劲属

离子，如：Fe，Mn，Co，Ni，Mg，Ba等，而X可取1,2,3,4,6。事

实上，铁氧磁性材料的自发此话与其中的金属氧化物的自发磁化密切相关。现以MnO

为例说明金属氧化物的间接交换作用，以进一步说明铁氧体材料中的自发磁化。MnO晶体

属立方晶系，Mn2+和O2-是交替地占据着晶格的位置，任何一个Mn2+最邻近的都是O2-，

而每一个O2-周围又是Mn2+,由于任何一个Mn2+周围都有O2-显然Mn2+交换作用是通过

O2-而不是直接交换的，当O2-中的一个2p电子进入了Mn2+的3d轨道后Mn2+就变为Mn+，由于Mn+中的两个电子必须反平行排列，因此在O-两侧成一直线的Mn+和Mn2+的磁矩必然

是反平行的，这种交换作用使得MnO中的Mn2+的磁矩一半向着一个方向，另一半向着另外一个方向，总磁矩为零，所以MnO为反磁性的。

任何物质的磁性都是带电颗粒运动的结果，铁磁性颗粒具有很强的磁性，可在很低的

磁场中获得很强的磁感应，甚至磁饱和，还有其他的一些特殊的磁特性。Fe3O4是强磁性

颗粒的典型代表，它属立方晶系，具有反尖晶石型结构，单个晶胞内含有8 个Fe3O4分子，是一个典型的磁氧体，属亚铁磁质。Fe3O4的晶格常数a=8.39?（1?=0.1nm）居里点578℃，易磁化方向为{111}方向，个向异性常数k1=-12，随着颗粒粒度的减小，其磁化率随之减小，而矫顽力随之增加，这种关系在粒度小于0.02-0.03m时表现很明显。颗粒在外磁场

的作用下发生相互吸引而形成团聚，从20世纪70年代以来，在磁性颗粒的磁作用能及磁

吸引力方面做了大量研究，取得许多成功，大致分为三类：强磁性颗粒间吸引能，强磁性

颗粒与弱磁性颗粒间的磁吸引能和弱磁性颗粒间的磁吸引能。Fe3O4是一种强磁性颗粒，

它具有铁磁性性质。

纳米材料的化学性质之一，在纳米材料的溶液中加入表面活性剂，使其吸附在微粒表面，形成微细胞状态，由于活性剂的存在，微粒之间产生了排斥力，使得微粒不能接触从

而防止团聚作用的发生，特别是磁性纳米材料很容易团聚，因此加入界面活性剂，如：油酸。使其包裹在磁性微粒表面就尤为重要，s，spaped在制备Fe3O4的磁性液体时就用油

酸防止团聚，他制备该液体时，将30μm的Fe3O4粒子放入油酸和n-庚烷中进行长时间的球磨，得到了稳定地分散在n-庚烷中的10nm的Fe3O4微粒的磁流体。

磁性流体既具有磁性，又具有流动性，在现代高科技领域中有着重要应用，尤其在润

滑和密封方面，具有广泛的应用前景[1~4]。磁性流体主要由3 部分组成，即纳米磁性微

粒基载液和表面活性剂。磁性流体的较强磁性能和长期稳定性是衡量其质量高低的基本指标，也是其能够获得良好应用的关键[5~9]。在纳米磁性流体的制备过程中，表面活性剂