纳米Fe3O4粉末的制备与应用
胡雷
中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙（410083）
E-mail：lizarazu82@https://www.doczj.com/doc/fe5894155.html,
摘 要：概述了近年来制备纳米Fe3O4的各种方法的研究现状,并对磁性纳米Fe3O4的应用及其发展趋势做了简单的介绍,对其进一步的研究做了展望。
关键词：纳米Fe3O4粉末，制备，应用
中图分类号：TF123.7
1．引言
纳米材料由于具有与普通材料不同的若干特性[1-3]，如小尺寸效应、表面效应、吸波效应等而引起科技界的广泛重视。因此合成新的超细材料和研究新的合成方法是目前研究的热点。
纳米Fe3O4作为一种磁性纳米微粒，具有单磁畴结构，其矫顽力很高，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图相质量。由于Fe3O4纳米粒子具有磁性，故常用作磁流体的磁性粒子而将其制成磁悬浮液(即磁流体)，它既有固体的强磁性又有液体的流变性，其流动性和分布可由外加磁场实施定向和定位控制，因此在真空密封、音圈散热、快速印刷、分选矿物、精密研磨、传感器和宇航技术等领域获得广泛的应用[4-5]。它在医药中也有种种新奇的应用，如细胞磁分离、肿瘤的磁栓塞治疗、肿瘤的高热治疗、X射线造影剂、磁性靶向药物载体、视网膜脱离的修复手术、血流的磁测量、免疫测定等等[6-7]。罗新等人[8]对磁流体在医药中的应用及其原理作了比较详细的论述。尤其是磁性靶向药物载体的研究，近年来受到了越来越多的关注，采用高分子材料将其与药物包裹起来形成磁性微球[9-10]，通过静脉注射或口服进入体内，在外加磁场作用下，使其移向病变部位，达到定向治疗的目的。此外，纳米Fe3O4还在颜料[11-13]、磁记录[14]、催化[15]等领域得到了广泛的应用。
2．纳米Fe3O4粉末的制备方法
用液相法制备超细粉末较为成熟并被广泛采用，其特点是成核容易控制，成分均匀，可制得高纯复合氧化物，对于敏感材料具有重要意义。制备纳米Fe3O4颗粒多采用液相法。现介绍常用的几种液相方法以及球磨法等固相方法。
2.1沉淀法
沉淀法是通过化学反应使原料的有效成分生成沉淀，然后经过过滤、洗涤、干燥、烘干得到产品。该法操作比较简单，是一种经济的制备Fe3O4的方法。在直接沉淀法的基础上发展得到了共沉淀法、超生沉淀法、交流电沉淀法和络合物分解法等。
2.1.1 共沉淀法
该法是目前使用最普遍的方法，它是按方程式:
Fe2++2Fe3++8OH- → Fe3O4+ 4H2O (2-1)
进行反应的。通常是把Fe2+和Fe3+的硅酸盐或氯化物溶液以1 : 2，更多是2: 3的比例混合后，用过量的NH3·H2O或NaOH在一定温度和pH值下，高速搅拌进行沉淀反应，然后将沉淀洗涤、过滤、干燥、烘干，制得粒度为8-10nm的纳米Fe3O4微粒。采用该法制备Fe3O4纳米
微粒时，沉淀在洗涤、过滤、干燥时易产生团聚现象，为此许多研究者对共沉淀法进行了改进。中国矿业大学的任欢鱼[16]采用乙醇-水作为溶剂制备的纳米Fe3O4不易发生团聚。由于乙醇-水溶液有较高的介电常数，增加了初始颗粒间的静电排斥力，颗粒不容易发生聚集，在陈化过程中，乙醇分子的乙氧基能取代胶团表面的非架桥羟基，减小颗粒间的吸引，从而减轻了粉体的团聚倾向。
2.1.2 氧化沉淀法
所谓氧化沉淀法,即是在碱性条件下向起始悬浮液Fe(OH) 2中通入空气或加入其它氧化剂,将部分Fe2+氧化为Fe3+。其反应式如下:
3Fe2+ + 4OH- + O2 →Fe3O4 + 2H2O（pH > 7 , t > 50 ℃） (2-2) 邓建国等人[17]通过向聚乙二醇和FeSO4·7H2O混合体系中加入质量分数为40%的H2O2作氧化剂,利用此法制备了纳米Fe3O4,经检测其粒径为20～30nm ,且粒径分布均匀。Lai Qiong Yu 等人[18]也通过向Fe(OH)2悬浮液体系中加入质量分数为10 %的H2O2而制得了粒径范围为8～10nm的Fe3O4 磁性纳米微粒。
2.1.3 还原沉淀法
该法的原理就是通过还原剂将部分铁离子还原成亚铁离子, 然后再用碱液将它们沉淀成Fe3O4粒子。陈雷等人[19]采用该法并利用NH2-NH2作还原剂制备了纳米Fe3O4 ,经检测其粒径集中在20～200nm。他们将铁离子与高分子介质聚4-乙烯吡啶均聚物(PVP) 和衣康酸2丙烯酸共聚物(PIAA)在一定条件下进行交联生成配合物并制成薄膜,用NH2-NH2将薄膜还原后, 滴加NaOH调节溶液pH值,升温反应一段时间即得到产物Fe3O4纳米微粒。体系中高分子介质主要是起表面活性剂的作用,它对Fe3O4微粒具有良好的保护和分散作用,有效地防止了微粒之间的聚集。
2.1.4 交流电沉淀法
该法由厦门大学Wang等[20]首次提出，并成功地合成了纳米Fe3O4微粒。它以相同直径的铁丝作为电极，与一个50 Hz交流电源相连。一个电极的一端固定在1mol/ L NaCl或KCl 电解液中，另一个电极的末端与电解液周期性瞬间接触，电弧强烈交流放电过程中产生的大量的热，使铁丝熔化，并形成黑色沉淀。经过滤、蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后在真空下50℃干燥12h，制成纳米Fe3O4微粒。此方法最大的特点是容易控制产物的形貌，可制得具有与常规方法不同形貌的纳米粒子。
2.1.5 超声沉淀法
频率超声波所产生的“超声波汽化泡”爆炸时释放出巨大的能量，产生局部的高温高压环境和具有强烈冲击力的微射流，该方法与传统搅拌技术相比，更容易实现介质均匀混合，消除局部浓度不均，提高反应速度，刺激新相的形成，而且对团聚还可以起到剪切作用，有利于微小颗粒的形成。超声波技术的应用对体系的性质没有特殊的要求，只要有传输能量的液体介质即可。对各种反应介质都有很强的通用性。如Vijayakμmar R[21]等在0.15MPa Ar气环境下，25℃时，用高强度超声波的辐射，从乙酸铁水溶液中制得粒径为10nm的纳米Fe3O4颗粒，XRD、TEM 、Mossbauer谱表明该法所得纳米Fe3O4颗粒是超顺磁性的，在室温下它的磁化强度很低(1.25 emu/ g)。
2.1.6 络合物分解法[ 22 ]
其原理是金属离子与适当的配体形成常温稳定的络合物。在适宜温度和pH值时，络合物被破坏，金属离子重新释放出来，与溶液中的OH-及外加沉淀剂、氧化剂作用生成不同价
态不溶性的金属氧化物、氢氧化物、盐等，进一步处理可得一定粒径，甚至一定形态的纳米粒子。把柠檬酸作为配合物和亚铁盐、铁盐溶液按一定的摩尔比混合均匀、在65℃下滴加一定浓度的NaOH，然后经洗涤、干燥制得纳米Fe3O4。用柠檬酸作为配合物不仅能和中心离子形成络合物制得Fe3O4颗粒比较均匀，而且它可以降低水的表面张力，随着溶液温度升高，介电常数明显下降，促使沉淀快速产生，有利于Fe3O4颗粒的生成。
2.2水热法
水热法是指在高压釜里，用水作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，反应、重结晶而得到理想的产物的过程。
℃，有利于磁性能的提高；二是反应在水热法具有两个特点，一是较高的反应温度(130-250)
密闭容器中进行，产生相对高压(0.3-4MPa)，避免组分挥发，另外还具有粒子纯度高、分散性好、晶型好等优点。杨华[23]等人利用此法制备了Fe3O4磁流体，他们将FeCl3和FeCl2制得Fe3O4粒子的前驱物，再将纳米Fe3O4粒子的前驱物转入到水热反应釜中的聚四氟乙烯烧杯中，加热反应釜进行反应。经过洗涤、干燥，即得干燥的纳米Fe3O4粒子。
Fan R[24]等在高压釜内放入1.39 g FeSO4·7H2O，1.24 g Na2S2O3，14 mL蒸馏水，缓慢滴加10 mL 1.0 mol/ L NaOH溶液，不断搅拌，反应温度为140℃，12 h后得到黑灰色沉淀，经过滤，洗涤，干燥得到50 nm准球型Fe3O4纳米晶体，磁产率高于90﹪。其反应原理为:
3Fe2++2S2O32-+O2(aq)+4OH- →Fe3O4 (s)+S4O62-+2H2O (2-3)
黄飞来等[25]报道在温度为150~300℃，以有机溶剂为介质的条件下，用水热法处理乙酰丙酮化铁制备Fe3O4。Qian[26]报道用尿素做沉淀剂，铁粉部分还原FeCl3，在130~150℃下制备超细Fe3O4。
水热过程中反应溶液的起始pH值、处理时间、处理温度、以及前驱液反应物的浓度都是影响Fe3O4超细粉的纯度和平均粒径的重要因素。
由于该法在高温高压反应，避免了形成过程中粒子之间的硬团聚，制得的磁粉分散性好、结晶性好、粒径分布较窄、产物纯度高，是目前进行铁氧体合成比较活跃的方法之一。2.3微乳液法[27]
微乳液是由油、水、表面活性剂(有时存在助表面活性剂)组成的透明、低粘度的热力学稳定体系。其中不溶于水的非极性物质作为分散介质，反应物水溶液为分散相，表面活性剂为乳化剂，形成油包水型(W/O)或水包油型(O/W)微乳液。这样反应空间仅限于微乳液滴这一微型反应器的内部，可有效避免颗粒之间的进一步团聚。因而得到的纳米粉体粒径分布窄、形态规则、分散性能好且大多数为球形。可以通过控制微乳液的液滴中水的体积及各种反应物的浓度来控制成核、生长以获得各种粒径的单分散纳米粒子。Arturo M[28]等在AOT-H2O-n-Heptance体系中，一种乳液中含有0.15mol/L FeCl2和0.3mol/L FeCl3，另一体系中含有NH4OH，混合两种微乳液，充分反应，产物经离心，用庚烷、丙酮洗涤并干燥得到4nm的纳米Fe3O4颗粒。Lee K[29]也用此法合成了纳米Fe3O4颗粒。Zhou[30]等人使用环己胺作油相，NP-5和NP-9作为表面活性剂相，FeSO4和Fe(NO3)3为水溶液组成的O/W微乳体系合成了粒径小于10nm的Fe3O4纳米粒子，检测表明它们均具有很高的矫顽力。
微乳液法是为制备纳米材料而发展起来的一种新方法，由于粒子表面包裹一层表面活性剂分子，粒子间不易聚结，通过选择不同的表面活性剂分子可对粒子表面进行修饰，并控制微粒的大小。该法操作简单，适用范围广，倍受广大研究者的关注，但也存在产量低，成本
高等缺点，限制了在工业中的应用。
2.4 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是近些年来发展起来的用于制备纳米材料的一种新工艺。它是将金属有机或无机化合物经溶液制成溶胶；溶胶在一定的条件下（如加热）脱水时，具有流动性的溶胶逐渐变得粘稠，成为略显弹性的固体凝胶；再将凝胶干燥，焙烧得到纳米产物。
目前采用溶胶-凝胶法制备纳米材料的具体技术或工艺过程相当多，但按其产生溶胶-凝胶的机制主要有三种类型：
2.4.1传统胶体型
通过控制溶液中金属离子的沉淀过程，使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉降，得到稳定的溶胶；再经过蒸发溶剂脱水得到凝胶。
2.4.2无机聚合物型
通过可溶性聚合物在水或有机相中的Sol-gel过程，使金属离子均匀地分散在其凝胶中，常用的聚合物有聚乙稀醇，硬脂酸，聚丙烯酰胺等。
2.4.3络合物型
利用络合剂将金属离子形成络合物，再经过溶胶-凝胶过程形成络合物凝胶。Sol-gel法的优点是可以用来制备几乎任何组分的六角晶系的铁氧体纳米材料；能够保证严格控制化学计量比，易实现高纯化，工艺简单，反应周期短，反应温度，烧结温度低，产物粒径小，分布均匀。由于凝胶中含有大量的液相或气孔，在热处理过程中不易使颗粒团聚，得到的产物分散性好，用于工艺可以制备出粒度均匀，形貌完整且具有较高的磁性能的六角片状铁氧体单畴粒子，因此近年来颇受人们的青睐。
2.5 水解法
水解法主要有两种：一种是Massart水解法[31] ,另一种是滴定水解法[32 ,33]。这两种方法的本质区别就在于前者是将铁盐混合溶液加入到碱溶液中,而后者恰恰相反,是将碱溶液缓缓加入到铁盐混合溶液中,也即前者的反应环境为碱性而后者则为中性或稍显酸性。邱星屏[34]采用上述两种方法分别制备了粒子大小相近的Fe3O4纳米晶体,并得出结论：滴定水解法制备的磁性粒子的外形主要为球形,粒子大小比较均匀,所有粒子都在5～10nm之间。而Massart合成法制备得到的Fe3O4磁性粒子则呈现从球形到立方体形的多种形态,并且粒径分布较宽。2.6 球磨法
高能量球磨法,常常又被称为一种机械化学现象,在混合粉末中能引发化学反应。过去的十几年内该法在已知物质的转型和新物质的合成上已被证实为一种很有潜力的方法。利用此法已经制备了诸如金属陶瓷、无定形和纳米晶形的合金材料以及高温相态的氮化物、碳化物和硅化物等。Gerardo F. Goya[35]通过这种方法制得了平均粒径为7～10nm的Fe3O4粒子。其大致过程为：将磁粉混合物[ w ( Fe3O4) = 99. 99 % ,0. 5μm]和甲醇(20～40 mL) 混合导入钢瓶中,并密封在氩气环境中进行研磨,研磨一段时间后取出分析其粒径。
2.7 室温固相法
固相法作为一种全新的合成方法,其操作简单、产率高、反应选择性好,已经成功地合成了金属原子族化合物、金属配合物、亚稳态化合物等。景苏等人[36]采用室温固相法, 通过将FeCl3·6H2O 和KOH以摩尔比1∶3混合, 于室温下研磨30min，然后用蒸馏水超声清洗，合成纳米FeOOH，将其在一定温度下焙烧一段时间就得到了纳米氧化铁粉体。徐宏等人[37]则通
过将原料NaOH与FeCl2 按一定的摩尔比于研钵中充分研磨,并加入适量的吐温-80使湿固相
反应充分。混合物经洗涤、抽滤后在室温下晾干即得纳米Fe3O4粉体。
2.8 水溶液吸附分散法
该法[38]是将铁盐和亚铁盐(FeCl3、FeCl2) 混合后,加入过量的表面活性剂油酸钠。由于油酸钠的碱性强,加热后一部分水解成油酸,一部分与铁盐和亚铁盐反应生成Fe3O4。同时在Fe3O4表面形成油酸的双分子吸附层而分散于水溶液中。然后进行酸化,使Fe3O4表面的双分子吸附变为单分子吸附层,从水溶液中分离沉淀,最后清洗除掉钠盐即得表面包裹有表面活性剂的纳米Fe3O4微粒。
另外,软化学方法也是一种制备超细磁粉的理想方法,它在温和条件下实现化学过程,易
于实现对其化学过程、路径和机制的控制。杨仕清等人[39]利用软化学方法中的多元醇法制备了纳米Co 、Ni 磁粉及二元合金Co x Ni1-x粉。
李巧玲等人[40]通过将反应体系放入一经改装过的微波炉中,通过微波辐射使体系进行沸腾回流反应,制备了表面光滑的异形α-Fe2O3纳米胶粒, 而且大大节省了反应时间, 提高了反应效率。微波加热在微波穿透的范围中, 整个被加热物体里外都同时升温,所以这种加热方式使物体内部的温度均匀升高, 有利于均分散体系的形成。同时微波的热效应是在微波电磁场施加的同时就在介质的内部发生了, 由于这种热效应不是从其它介质经过热传导或热对流
间接得到的, 而是直接从里到外, 自身同步致热的,因此, 不存在一般热传导或热对流过程所需的时间, 也就是说微波热效应的加热快。所以, 当采用微波诱导加热铁盐的水溶液时, 它能加速铁盐的水解速度, 使成核均匀、晶核数量大, 单个晶粒变小。
3．纳米Fe3O4粉末的应用
3.1 生物医药材料
自20世纪40年代以来，细胞毒性药已广泛应用于对癌症患者的化疗，由于这些药物对癌细胞和人体健康细胞的非特异性，使其在杀伤癌细胞的同时也造成了全身严重的毒副作用。对此,人们提出了用导向药物解决的办法,即给药后使药物选择性地定位于特定生理部位、器官、组织或细胞，并在这些部位发挥药效，以达到减少用药剂量、提高药物治疗指数、降低药物毒副作用的目的。
药物的导向方式有多种,其中磁导向是目前国内外研究的热点之一[41],它通过外加磁场使载有Fe3O4磁性纳米粒子的药物在体内定位于病症部位。因此，能否获得粒径为纳米级、磁响应性强的Fe3O4磁性粒子是实现药物磁导向的先决条件。Fe3O4磁性粒子的制备方法有多种，其中最常用的是化学共沉淀法[42,43]，其反应原理为Fe2+ + 2Fe3++ 8OH-→ Fe3O4 + 4H2O。该方法虽简单，但要制得粒径为纳米级，同时磁响应性和稳定性强的Fe3O4磁性粒子却不容易，而且到目前为止也未见有专门用于药物导向用Fe3O4磁性粒子制备的研究。在此,作者研究了一种制备Fe3O4磁性粒子的方法,即先通过化学反应生成Fe3O4微粒,经充分洗涤后再包覆双层表面活性剂。
3.2 改性沥青添加剂
近几年来,纳米技术正在逐渐渗透到交通材料领域,纳米改性沥青即其一种。它是将纳米材料(有机、金属或无机非金属)引入沥青材料中,以神奇的纳米效应改善沥青的各项性能,如高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性、摩擦性能(防滑性能) 、抗老化性能和耐久性、对水的稳定性、施工和易性等。纳米改性沥青之所以不同于其他改性沥青,根本原因在于纳米改
性沥青是从微观结构上改变沥青能[44-47]。微观结构是宏观性能的唯一决定因素,因而纳米改性沥青能够从根本上大幅度改善沥青性能,这是其他沥青改性方法所不能比拟的。纳米改性沥青是国内外沥青材料研究的热点和前沿,而且正在成为交通材料研究和应用的新的经济增长点。是将无机Fe3O4纳米粒子经表面活性剂包覆后加入到国产沥青中,利用纳米材料的奇异效应,可以改善沥青的感温性能、摩擦性能、抗老化性能等[48-51]
3.3 Fe3O4磁流体
磁流体是一种新型液态磁性材料, 在航空航天、电子、化工、机械、能源、冶金、仪表、环保、生物医疗等领域应用广泛, 成为国际上研究的热门课题。由于Fe3O4纳米粒子矫顽力小、饱和磁化强度高, 并且廉价易得, 是磁流体最常用的磁性粒子。制备细小而均匀的超顺Fe3O4纳米磁性粒子是获得高稳定性、高浓度、高质量磁流体的基础和关键。Fe3O4磁性粒子在磁流体中的超顺磁性临界尺寸为10nm , 这个尺寸目前已不难达到, 但为了提高磁流体的性能, 需要更小粒径的Fe3O4粒子, 并且要求粒径大小尽量均匀。另外, 在磁流体的制备过程中, 表面活性剂对磁性能微粒良好包覆对于磁流体的稳定性起了至关重要的作用。制备粒径均匀、细小、分布范围窄的Fe3O4粒子、寻求合适的表面活性剂来获得稳定均一的磁流体一直是研究人员所关注的焦点。
张金升等[15,21] 研究了共沉淀法制备均匀超细Fe3O4磁流体的工艺, 得到了纳米Fe3O4磁
流体,所制备的磁性纳米粒子粒径在8～10nm, 最小4nm, 微粒结晶完整, 晶面清晰。表面活性剂对磁性微粒的包覆良好, 包覆厚度约1～115 nm。Yu Lai qiong 等[52]对Fe3O4磁流体的稳定性进行了研究, 发现表面活性剂和磁性颗粒的含量是影响磁流体稳定性的主要因素, 表面活性剂越多、磁性颗粒越少, 磁流体稳定性越好, 但实际应综合考虑生产成本和磁流体的性能。任欢鱼等[16]用醇水共热法制备的Fe3O4磁流体在稳定性和磁性方面都表现出较大的优势。3.4 催化剂载体
在多相催化体系中, 超细粒子具有高比表面积和高催化活性, 但因难以分离和回收, 限制了其广泛应用。大多研究者在做应用研究时从实用方面考虑, 往往选用固定状催化剂, 并采用固定床反应器, 以降低运行成本, 但这会大大降低催化剂的催化活性。而以Fe3O4颗粒为载体，催化剂成分包覆在颗粒表面, 制得核壳结构的催化剂超细粒子,既保持了催化剂高的催化性能, 又使催化剂易于分离回收。廖振华等[53]采用溶胶凝胶法制备了TiO2/SiO2 /Fe3O4 复合光催化剂, 以具有偶氮染料结构的甲基橙水溶液为目标反应物, 评价其光催化活性。结果表明, 所制复合光催化剂的光催化活性高, 并可回收重用的特点, 具有广阔的应用前景。4.结语
纳米Fe3O4粉体材料用途广泛，我国对纳米Fe3O4粉体的需求日益增加，而目前国内使用的高质量纳米Fe3O4主要依靠进口。随着高科技的迅速发展和对合成新材料的迫切需要,超细甚至纳米Fe3O4的开发、研究必将受到更高度的重视。
研究工作者已通过不同方法制备出了纳米Fe3O4粒子。现在采用的各种制备方法各有优缺点:球磨法制备Fe3O4具有重现性好,粒径易控制等优点,但生产周期长；共沉淀法等制备Fe3O4具有生产周期短,易于实现工业化生产等优点,但重现性差,粒径难以控制；微乳法制备粉体材料是近几年发展起来的新方法,尽管具有实验装置简单,易于操作,粒度大多可控制在20nm以下等优点,但所需原料(油相、表面活性剂及助表面活性剂)用量大,产量低,生产周期长,产物后期处理麻烦,难以实现工业化生产等缺点。由于Fe3O4粉末尤其是纳米粉末在实际应用
中具有独特的优越性,且其用途广泛, Fe3O4的制备方法也定将不断推陈出新,各种方法将不断进行交叉、渗透、取长补短。另外,随着纳米微粒的深入研究,其合成技术也从单纯的固、液、气发展到利用结构的基质作为膜板进行合成,通过合成适宜尺寸和结构的模板作为主体,在其中生长成作为客体的纳米微粒,可获得所期望的粒度分布窄、粒径可控、易于掺杂的超分子纳米微粒。但由于Fe3O4的粒子本身又具有磁性,所以极易团聚,同时Fe3O4含有的Fe2+易被氧化,因此稳定性是一个必须考虑的问题。
对于Fe3O4粉末粒度控制的研究报道的不多，因此在今后相当长一段时间内,如何提高Fe3O4粒子的性能和控制粉体的粒度以及如何将各种制备方法完美地结合起来,仍然是所有
粉体材料科技工作者关注的焦点。
参考文献
[1] 盖国胜主编. 超微粉体技术[M], 第一版.北京:化学工业出版社, 2004.
[2] 郑水林编著. 超微粉体加工技术与应用[M], 第一版.北京:化学工业出版社, 2005.
[3] 周瑞发,韩雅芳,陈祥宝. 纳米材料技术[M], 第一版.北京:国防工业出版社, 2003.
[4] 蒋秉植,杨健美.磁性液体材料的应用[J]化工新型材料,1994,4:1-5.
[5] 罗新,方裕勋,古埃.磁天平法研究磁流体的磁性和稳定性[J]华东地质学院学报,1997,20(2):120-125.
[6] 施锋,吴敏.磁流体在交变磁场中的热效应[J]生物化学与生物物理进展,2000, 27(3):281-283.
[7] 孙逊,张志荣.膜活性肤在胞内靶向给药系统中的应用[J]药学学报,2002,37(8):663-667.
[8] 罗新,方裕勋,陈建新.磁流体在医药中的应用进展[J].华东地质学院学报,2003 , 26(4):397-400.
[9] Arturo M, Lopez Q, Jose R. Magnetic iron oxide nanoparticles synthesized via microe mulsions[J]Journal of Colloid andInterface Science,1993,158:446-451.
[10] Lee K M,Sorensen C M, Klabunde K J.Synthesis and characterization of stable colloidal Fe304 particles in waterin7oil microe mulsions[J].IEEE Transactions on Magnetics,1992,28(5):3180-3182.
[11]蒋秉植,杨健美.磁性流体的制备应用及其稳定性的解析[J]化学进展,1997,9(1):69-78.
[12]唐波,葛介超,王春先等.金属氧化物纳米材料的制备新进展[J]化学进展,2002，21(10):707-712.
[13]Wang C Y，Zhu G M，Chen Z Y,et al .The preparationof magnetite Fe3O4 and its morphology control by a novel arc elect rode position method[J].Materials Research Bul-letin，2002，1885:1-5.
[14]Fan R, Chen X H，Gui Z,et al . A new simple hydxothexmal preparation of nanocrystalline magnetite Fe3O4 [J].Materals Research Bulletin,2001,36:497-502.
[15]陈捷,薛博,白妹.新型磁性亲和载体的制备及其对溶菌酶的吸附[J]天津大学学报,2001，34(1):103-106.
[16]任欢鱼,刘勇健,庄虹.醇-水共热法制备Fe3O4磁流体.苏州科技大学学报,2003.20(1):13-16.
[17]邓建国,贺传兰,龙新平等.磁性Fe3O4纳米微球的合成与表征[J].高分子学报,2003,3:393～397.
[18]Lai Qiong Yu , Lu Ji Zheng , Ji Xiao Yang. Study of preparation and properties on magnetization and stability for ferromagnetic fluids[J] . Materials Chemistry and Physics ,2000 ,66 : 6～9.
[19]陈雷,杨文军,黄程等.以高分子材料为介质制备纳米氧化铁颗粒[J].高分子材料科学与工程,1998 ,14 (4):53～55.
[20]Wang C Y, Zhu G M ,Chen Z Y,et al .The preparationof magnetite Fe3O4 and its morphology control by a novel arc elect rode position method[J].Materials Research Bul-letin, 2002, 1885:1-5
[21]Fan R, Chen X H，Gui Z，et al . A new simple hydxothexmal preparation of nanocrystalline magnetite Fe3O4 [J]..Materals Research Bulletin，2001,36:497-502
[22]何运兵,邱祖民,佟珂.制备纳米Fe3O4的研究进展.化工科技,2004,12(6):52-57.
[23]杨华,黄可龙,刘素琴,李卫.水热法制备的Fe3O4磁流体.磁性材料及器件,2002,34(2):4-7.
[24]Fan R, Chen X H，Gui Z，et al . A new simple hydxothexmal preparation of nanocrystalline magnetite Fe3O4 [J].Materals Research Bulletin,2001,36:497-502
[25]黄飞来,郑典模.纳米氧化铁的制备工艺.江西化工,2003,3:11-13.
[26]Qian Yitai,Xie Yi,He Chuan,etal.Hydrothermal Preparation and Characterization of Ultrafine Magnetite Powders,Materials Research Bulletin,1994,29(9):953-957.
[27]杨恢东,丁瑞钦,王浩.纳米材料制备技术研究进展[J].五邑大学学报(自然科学版),1999,13(4):17-25
[28] Arturo M，Lopez Q，Jose R.Magnetic iron oxide nanoparticles synthesized via microe mulsions[J].Journal of Colloid and Interface Science，1993，158:446-451.
[29]Lee K M，Sorensen C M，Klabunde K J .Synthesis and haracterization of stable colloidal Fe3O4 particles in wa-ter-in-oil microe mulsions[J].IEEE Transactions on agnetics 1992, 8(5): 180-3182.
[30]zhou,ag J , Liu X,et al . Synthesis of Fe3O4 nano-particles from emulsions[J].J Mater Che m，2001，
11:1704-1709.
[31] Massart R. Preparation of magnetite nanoparticles [J ] . IEEE Trans. Magn. , 1981 ,17 :1 247～1250.
[32]Molday R S. Magnetic iron2dextran microspheres [ P ]. US :4452773. 1984 - 06 – 05
[33] Shen L , Laibinis P E , Hatton T A. Bilayer surfactant stabilized magneticfluids : Synthesis and interactions at interfaces[J ] . Langmuir ,1999 ,15 :447～453.
[34]邱星屏.四氧化三铁磁性纳米粒子的合成及表征[J].厦门大学学报(自然科学版) ,1999 ,38(5):711～715.
[35]Gerardo F. Goya. Handling the particle size and distribution of Fe3O4 nanoparticles through ball milling[J ] . Solid State Communications ,2004 ,130 :783～787.
[36]景苏,鲁新宇.室温固相法合成纳米FeOOH及Fe2O3[J].南京工业大学学报,2002 ,24 (6) :52～55.
[37]徐宏,刘剑洪,陈沛.纳米氧化铁的制备及其对吸收药热分解催化作用的研究[J].火炸药学报,2002,3 :51～52.
[38]高道江,赖欣,王建华. 磁性流体制备技术的现状与展望[J] .磁性材料及器件,1998 ,29 (2) :20～23.
[39]杨仕清,王豪才,张万里,等.超细金属和二元合金磁粉的制备以及静态与动态磁性研究[J].应用科学学
报,1997 ,15 (4) :436～439.
[40]李巧玲,魏雨,李琳,等. 微波辐射制备均匀α-Fe2O3纳米胶粒的研究[J].化学世界,2000 ,10 :551～554.
[41]王胜林,王强斌,古宏晨,等. 磁性微球的生物医学应用研究进展[J].化学世界,2001,(7):384-386.
[42]蒋秉植,杨健美.磁性流体的制备、应用及稳定性的解析[J] .化学进展,1997,9(1):69-78.
[43] Kim D K, Zhang Y, Voit W, et al . Synthesis and characterization of surfactantcoated superparamagetic monodispersed iron oxide nanoparticles [J ] . Journal of Magnetic Materials , 2001 , 225 :30-36.
[44]解孝林,周兴平. 纳米沥青复合材料的性能验证[J].中国公路建设市场,2004,(3):46-47.
[45]高涛. 纳米材料将带来沥青技术质的飞跃[J].中国公路建设市场,2004,(3):48.
[46]李玲,向航.功能材料与纳米技术[M].北京:化学工业出版社,材料科学与工程出版中心,2002.1-17.
[47]咸才军. 纳米建材[M].北京:化学工业出版社,材料科学与工程出版中心,2003.14-19.
[48]张金升. 超细均匀Fe3O4 磁性液体的制备、表征和稳定机制研究[D].济南:山东大学,2003.
[49]杨林江,李井轩.改性沥青的生产与应用[M].北京:人民交通出版社,2001. 10-11.
[50]张登良. 沥青与沥青混合料[M].北京:人民交通出版社,1993. 85-87.
[51]张金升,尹衍升,吕忆农,等. 磁性流体中纳米Fe3O4粒子包覆结构的研究[J].中国科学,2003,33(7) : 609-613.
[52]Lai Qiong Yu , Lu Ji Zheng , Ji Xiao Yang. Study of preparation and properties on magnetization and stability for ferromagnetic fluids[J ] . Materials Chemistry and Physics ,2000 ,66 : 6-9.
[53]廖振华,陈建军,姚可夫,等.纳米TiO2光催化剂负载化的研究进展.无机材料学报,2004,19(1):17-22.
Preparation and application of Fe3O4 nanoparticle
HuLei
School Of Metallurgical Sience And Engineering,CentralSouthUniversity,Changsha Hu nan
China（410083）
Abstract
The current situations of many processes used to prepare Fe3O4 nanoparticle in recent years were presented in this paper.And a simple introduction of the application of Fe3O4 nanoparticle and its prospect was also given in this article.
Keywords: Fe3O4 nanoparticle, preparation, application
实验一：共沉淀法制备具有超顺磁性的纳米四氧化三铁粒子 一、实验背景 有关纳米粒子的制备方法及其性能研究备受多学者的重视，这不仅因为纳米粒子在基础研究方面意义重大，而且在实际应用中前景广阔。在磁记录材料方面，磁性纳米粒子可望取代传统的微米级磁粉，Fe3O4超细粉体由于化学稳定性好，原料易得，价格低廉，已成为无机颜料中较重要的一种，被广泛应用于涂料，油墨等领域；而在电子工业中超细Fe3O4是磁记录材料，用于高密度磁记录材料的制备；它也是气、湿敏材料的重要组成部分。超细Fe3O4粉体还可作为微波吸收材料及催化剂。另外使用超细Fe3O4粉体可制成磁流体。 Fe3O4纳米粒子的制备方法有很多，大体分为两类：一是物理方法，如高能机械球磨法，二是化学方法，如化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、热分解法及微乳液法等。但各种方法各有利弊；物理方法无法进一步获得超细而且粒径分布窄的磁粉，并且还会带来研磨介质的污染问题；溶胶-凝胶法、热分解法多采用有机物为原料，成本较高，且有毒害作用；水热合成法虽容易获得纯相的纳米粉体，但是反应过程中温度的高低，升温速度，搅拌速度以及反应时间的长短等因素均会对粒径大小和粉末的磁性能产生影响。 本实验是采用共沉淀法（将沉淀剂加入Fe2+和Fe3+混合溶液中）制备纳米Fe3O4颗粒。该制备方法不仅原料易得且价格低廉，设备要求简单，反应条件温和（在常温常压下以水为溶剂）等优点。 二、实验目的 1、了解用共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子的原理和方法。 2、了解纳米四氧化三铁粒子的超顺磁性性质。 3、掌握无机制备中的部分操作。 三、实验原理 采用化学共沉淀法制备纳米磁性四氧化三铁是将二价铁盐和三价铁盐溶液按一定比例混合，将碱性沉淀剂加入至上述铁盐混合溶液中，搅拌、反应一段时间即可得纳米磁性Fe3O4粒子，其反应式如下： Fe2++2Fe3++8OH-_________Fe3O4+4H2O 四、仪器与试剂 烧杯、FeCl2·4H2O、FeCl3、氢氧化钠、柠檬酸三钠。 五、实验步骤 1、配置50 ml 1 moL 的NaOH溶液。（2g NaOH+50g H2O） 2、称取0.9925g FeCl3和1.194g FeCl2·4H2O（反应当量比为1:1）溶于30 mL 的蒸馏水中。 3、将反应溶液加热至60℃，恒温下磁力搅拌（转速约为1000rpm）。 4、30 min后缓慢滴加配置的NaOH溶液，待溶液完全变黑后，仍继续滴加
纳米四氧化三铁的应用一、纳米四氧化三铁的简介 四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO〃Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。化学式：Fe3O4，分子量231.54，硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系，密度 5.18g/cm3。熔点1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 在外磁场下能够定向 移动，粒径在一定范围之 内具有超顺磁性，以及在 外加交变电磁场作用下能 产生热量等特性，其化学 性能稳定，因而用途相当 广泛。 纳米四氧化三铁置于介质中，采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过
在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、纳米四氧化三铁的配置方法 由于纳米四氧化三铁特殊的理化学性质 , 使其在实际应用中越来越广泛 , 而其制备方法和性质的研究也得到了深入的进展。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一产品纯度低、颗粒分布不均匀 , 易被氧化 , 且很难制备出10nm 以下的纳米微粒 , 所以在工业生产和试验中很少被采纳。 化学方法主要有共沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好 , 颗粒度较小 , 操作方法也较为容易 , 生产成本也较低 , 是目前研究、生产中主要采用的方法。
浅谈纳米技术的研究与应用 1.引言 当集成电路代替电子管和半导体晶体管的初期，1959年美国诺贝尔奖获得者查理·费曼(Richard Phillips Feynman)，在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：“如果人们能够在原子/分子的尺度上来加工材料，制造装置，将会有许多激动人心的新发现，人们将会打开一个崭新的世界。”这在当时只是一个美好的梦想。 如今，这个预言和梦想终于实现了。费曼所预言的材料就是现在的纳米。 今天，不少科学家又在预言，纳米科技将在新世纪里得到惊人的发展，纳米科技将给人类的科学技术和生活带来革命性的变化。科学家认为，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机，并成为未来信息时代的核心。 我国著名科学家钱学森早在1991年就指出：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。” 英国理论物理学家斯蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家。他预测：“未来一千年人类有可能对DNA基因重新设计。而生化纳米材料则是设计DNA基因所必须具备的医药材料基础。” 近年来，科学家勾画了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子备件，巨型计算机可装入口袋；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的；世界还将出现1μm以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。 海内外科技界广泛认为，纳米材料和技术的大规模应用可望在10年内实现。现阶段纳米材料和技术正向新材料、微电子、计算机、医学、航天航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透，并已得到不同程度的应用。 1998年8月20日，《美国商业周刊》发表文章指出，21世纪有三个领域可能取得重大突破：生命科学和生物技术；纳米材料和纳米技术；从外星球获得能源。并指出这是人类跨入21世纪所面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：“70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为21世纪先进国家。” 1974年，Taniguchi最早使用纳米技术(Nanotechnology)一词描述精细机械加工。1977年美国麻省理工学院的德雷克斯勒也提倡纳米科技的研究。但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。1982年发明了扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率揭示了一个“可见的”原子、分子世界。到80年代末，STM已不仅是一个可观察的手段，而且已成为可以排布原子的工具。STM与AFM(原子力显微镜)
纳米粉体制备方法 纳米技术是当今世界各国争先发展的热点技术，纳米技术和材料的生产及其应用在中国已起步，可以产业化的只有为数不多的几个品种，纳米二氧化钛（ＴｉＯ2）、纳米氧化锌（ＺｎＯ）、纳米碳酸钙（ＣａＣＯ3）便是其中较具代表性的几个品种。纳米粉体的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。以下是对各种方法的分别阐述并举例。 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。1。金属烟粒子结晶法是早期研究的一种实验室方法。将金属原料置于真空室电极处，真空室抽空（真空度1P a）导入102到103 P a压力的氩气或不活泼性气体，然后像通常的真空蒸发那样，用钨丝蓝蒸发金属。在气体中，通过蒸发、凝聚产生的金属蒸气形成金属烟粒子，像煤烟粒子一样沉积于真空室内壁上。在钨丝篮上方或下方位置可以预先放置格网收集金属烟粒子样品，以备各类测试所用。2。流动油面上的真空蒸发沉积法（VEROS），VEROS法是将物质在真空中连续的蒸发到流动着的油面上，然后把含有纳米粒子的油回收到贮存器内，再经过真空蒸馏、浓缩，从而实现在短时间制备大量纳米粉体。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例，有一种制备纳米粉体材料新方法，最适用于碳化物、氮化物及部分金属粉体的制备。其方法是先对反应器抽真空，然后充入保护气体或反应气体，在反应器中设置石墨电极，在石墨电极与反应器坩埚中的金属之间通电，使之产生高温碳电弧，由高温电弧产生金属蒸汽。采用保护气体可以生产出由石墨原子包覆的纳米镍粉、铜粉、铝粉等不易团聚的金属纳米粉末；采用反应气体可以生产碳化物、氮化物纳米粉末。与现有技术相比，生产的纳米粉末不易团聚，具有成本低，电弧功率大，可以实现规模化生产，具有广泛的实用性。用冲击波处理共沉淀法制备的氧化铁与氧化锌混合物合成了铁酸锌，用XRD、TEM 和电子衍射法对这种产品进行了鉴定．与传统的高温焙烧法相比，这种产品的特点是其颗粒尺寸为纳米级．主要原因可能在于冲击波的作用时间极短，因此生成的铁酸锌不会生长成为完整的晶粒．由此可以认为，冲击波处理可能是一种制备复合金属氧化物的纳米粉体的新方法． (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例，一种钛合金纳米粉体制备方法，原料包括钛合金粗粉、助磨键合剂、分散剂、表面活性剂；制备方法是，将所述原料按配比投入反应釜，反应釜转速２００－３００ｍｐｒ、温度５０℃－６０℃，反应釜旋转时间１５－３０分钟；反应釜转速升高至达１０００ｍｐｒ以上，维持该转速１．５－２．５小时，温度为１８０℃以上；反应釜转速降到３００ｍｒｐ以下，在０．５－１．０小时内降低温度至４０℃－５０℃，停机，即完成纳米粉体的制备。它稳定地对钛合金实现了纳米化加工；由此为利用纳米粉体的小尺寸效应、表面积效应而使它的耐蚀优点得到提升得以实现，使之可作为一种活性添加剂与各种优良树脂结合成一种新型复合材料。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。例，TiCl4气相氧化法，其基本化学反应式为：TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+Cl2(g) 施利毅、李春忠等利用
精心整理纳米四氧化三铁的应用 一、纳米四氧化三铁的简介 ）前面 显+2与大， 胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方 法，通过在颗粒表面形成吸附双电层结 构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的 水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁
性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、 泛, ,所 ,操 磁性 目前,制备磁性Fe3O4纳米颗粒方法的机理已研究得很透彻,归结起来一般分为两种。一是采用二价和三价铁盐,通过一定条件下的反应得到磁性Fe3O4纳米颗粒;另一种则是用三价铁盐,在一定条件下转变为三价的氢氧化物,最后通过烘干、煅烧等手段得到磁性Fe3O4纳米颗 粒。
（一）共沉淀法 沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中,加入适当的沉淀剂,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉。 （二）溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)是日本科学家Sugimoto等于上世纪90年代发展 ,油(OΠ , 对实验设备和制备条件方面的要求相对高一些,因而大多数也只停留在研究阶段。 三、纳米四氧化三铁的应用 当粒子的尺寸降至纳米量级时,由于纳米粒子的小尺寸效应、表面效
应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等的影响,使其具有不同于常规体相材料的特殊的磁性质。这也使其在工业、生物医药等领域有着特殊的应用。（一）生物医药 磁性高分子微球（也称免疫磁性微球）是一种由磁性纳米颗粒和高分子骨架材料制备而成的生物医用材料，其中的高分子材料包括聚苯乙烯、硅烷、聚乙烯、聚丙烯酸、淀粉、葡聚糖、明胶、白蛋白、乙基纤维素等，骨架 .用 能长期稳定的存在，不产生沉淀与分离。目前，磁性流体已经广泛应用于选矿技术、精密研磨、磁性液体阻尼装置、磁性液体密封、磁性液体轴承、磁性液体印刷、磁性液体润滑、磁性液体燃料、磁性液体染料、磁性液体速度传感器和加速度传感器、磁性液体变频器、磁性液体陀螺仪、水下低
浅谈纳米技术及其应用 1 概述 1.1 引言 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。纳米技术兴起于20世纪80年代，随着它的逐步发展和完善，人类将必然在认识和改造自然方面进入一个前所未有的新阶段。 1.2 纳米技术的发展 最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼教授[1]。1959年他在一次题为《在底部还有很大空间》的演讲中提出：物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。也就是说，人类能够用最小的机器制造更小的机器。直至达到分子或原子状态，最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。这正是关于纳米技术最早的构想。 20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。美国康奈尔大学Granqvist和Buhrman[2]利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒，提出了纳米晶体材料的概念，成为纳米材料的创始者。之后，麻省理工学院教授德雷克斯勒[3]积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。 纳米科技的迅速发展是在20世纪80年代末、90年代初。1981年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——扫描隧道显微镜（STM)、原子力显微镜（AFM)，为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。1984年德国学者格莱特[4]把粒径6nm的金属粉末压成纳米块，经研究其内部结构，指出了它界面奇异结构和特异功能。1987年，美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO 多晶体。 2
摘要纳米粉末具有特殊性质, 并在各个领域得到广泛应用。本文详细介绍了制备纳米粉末的方法, 如机械法、物理法和化学法，和这些方法的原理、技术特点、研究进展和局限性。最后提出目前仍需解决的一些问题并对纳米金属粉末新的制备方法做出展望。 关键词纳米粉末;制备方法;机械法;物理法;化学法 一．绪论 超细粉末的概念于20世纪60年代提出,粉末的粒度一般要求小0.1um( 100nm),即在1~ 100nm间,故超细粉末又称作纳米粉末。由于纳米微粒本身的结构与常规材料不同,所以具有许多新奇的特性。比如纳米金属粉末就具有不同普通材料的光、电、磁、热力学和化学反应等方面的奇异性能, 是一种重要的功能材料,具有广泛的应用前景。现已在国防、化工、轻工、航天、冶金等领域得到重要应用,因而引起了人们的注意。80年代以来, 纳米粉末作为一种新型材料,已引起了各国政府及科学家的极大重视,美国、日本、西欧等发达国家都将其列入发展高技术的计划中,投入了相当的人力和物力,例如美国的“星球大战”计划、西欧各国的“尤里卡”计划、日本 1981 年开始实施的“高技术探索研究”计划以及我国的“863”计划,都列入了纳米材料的研究和开发。目前一些纳米粉末,如钛酸钡、氮化硅、氧化锆等已经实现了商品化。我国在纳米粉末研究方面起步较晚,80年代后期才开始比较系统的研制开发。近年来取得一些成效,特别是一些大学和研究所在理论研究和实验室规模中试水平上有了较大的发展。但总的说来,我国在这一领域与世界先进水平相比, 仍有一定差距。本文将重点介绍目前已研究的纳米粉末的制备方法。 二．方法综述 2.1机械法 机械法就是借助于机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一种加工方法。按照机械力的不同可将其分为机械冲击式粉碎法、气流磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等。目前普遍使用的方法还是球磨法和气流磨粉碎法,其优点是工艺简单、产量大,可以制备一些常规方法难以得到的高熔点金属和合金的超细纳米粉末。 2. 1. 1球磨法 球磨法主要分为滚动球法和振动球磨法。该方法利用了金属颗粒在不同的应变速率下因产生变形而破碎细化的机理。其优点是对物料的选择性不强,可连续操作,生产效率高,适用于干磨、湿磨,可以进行多种金属及合金的粉末制备。缺点是在粉末制备过程中分级比较困难。 2. 1. 2气流磨粉碎法 气流磨粉碎法是目前制备磁性材料粉末应用最广的方法。具体的工艺过程为:压缩气体经过特殊设计的喷嘴后,被加速为超音速气流,喷射到研磨机的中心研磨区,从而带动研磨区内的物料互相碰撞,使粉末粉碎变细;气流膨胀后随物料上升进入分级区,由涡轮式分级器分选出达到粒度的物料,其余粗粉返回研磨区继续研磨, 直至达到要求的粒度被分出为止。整个生产过程可以连续自动运行,并通过分级轮转速的调节来控制粉末粒径大小(平均粒度在3～ 8 μ m)。气流磨粉碎法适于大批量工业化生产,工艺成熟。缺点是在金属粉末的生产过程中,必须使用连续不断的惰性气体或氮气作为压缩气源,耗气量较大;只适合脆性金属及合金的破碎制粉。
四氧化三铁纳米的制备应用及表征 摘要：总结了磁性纳米Fe3O4粒子的制备方法，有共沉淀法、超声波沉淀法、水热法、微乳液法、水解法、溶胶- 凝胶法，多元醇法等，并讨论了磁性纳米Fe3O4粒子在磁性液体、生物医学、微波吸附材料磁记录材料、催化剂载体等领域的应用。简述了Fe3O4得表征手段，最后对纳米Fe3O4的研究前景进行了展望。 关键词：四氧化三铁；磁性纳米颗粒；制备；应用；表征 The Preparation and Application of Fe3O4 Magnetic Nano- particles 【Abstract】The chemical preparation methods were summarized including co-precipitation,sol-gel method, microemulsion , hydro-thermal method etc. Based on the recent progress , relative meritsof those methods were analyzed. The application of Fe3O4nano-particles in magnetic fluid , magnetic recording materials , catalytical and microwave materials and medicine were introduced. 【Key Words】Fe3O4; magnetic nanoparticle; preparation; progress Fe3O4磁性纳米颗粒由于具有与生物组织的相容性、与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能，且具有好的亲水性、生物兼容性、无毒和高的化学稳定性，所以成为生物磁应用方面的理想材料使其在电子与生物敏感材料，尤其是生物医学领域被人们广泛关注【1】。应用于生物技术的纳米颗粒需要优良的物理、化学以及磁学特性【2】：（1）具有高磁化率，使材料的磁性较强，一般为铁磁性纳米颗粒；（2）颗粒尺寸为6~15 nm（当颗粒直径小于15 nm 时，就变为单磁畴磁体而具有超顺磁性并且饱和磁化强度很高），比表面积高；（3）具备超顺磁性等。另一方面，磁性纳米颗粒表面需要被特种有机物质修饰，才能具有独特的生物医学功能。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法【3-4】。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一般产品纯度低、颗粒分布不均匀，易被氧化，且很难制备出10nm以下的纳米微粒，所以在工业生产和试验中很少被采纳。化学方法主要有共沉淀法、超声波沉淀法、水热法、微乳液法、水解法、溶胶- 凝胶法，多元醇法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好，颗粒度较小，操作方法也较为容易, 生产成本也较低, 是目前研究生产中主要采用的方法【5-8】。 1、制备方法 1.1共沉淀法 共沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中, 加入适当的沉淀剂, 使金属离子均匀沉淀或结晶出来, 再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉. 共沉淀法是目前最普遍使用的方法, 其反应原理是: Fe2++ Fe3++ 8OH＝＝Fe3O4+ 4H2O 付云芝【9】等采用共沉淀法制备出立方晶系的单分散、小粒径Fe3O4 颗粒。通过控制制备最佳条件为:铁盐溶液浓度为0. 5mol /L，沉淀剂溶液浓度为0. 2mo l/L，Fe2+：Fe3 +：OH- = 1. 00 ：1. 00 ：6. 00, 反应温度为30℃，搅拌速度为1000 r /m in. T. Fried【10】等在80℃氩气保护下将氨水缓慢滴加到FeCl2与FeCl3的混合溶液中得到纳米Fe3O4颗粒, 并使用油酸对其进行包覆，得到了平均粒径为2 nm 的Fe3O4颗粒膜。Yong- kang sun【11】等人采用部分限制共沉淀法，只是向酸化了的磁性纳米悬浮液中通入空气进行氧化的情况下制备了平均粒径为7 ~ 13 nm 的纳米Fe3O4。陈亭汝【12】等在搅拌速度较快的情况下，n ( Fe3+ ) /n( Fe2+ )为1. 8 ：1，熟化温度70℃，熟化时间30min，以氨水作沉淀剂最佳pH值是9左右，可制得
四氧化三铁能溶解在酸中吗 绍兴一中分校吴文中 【基本信息】 1．化学式：Fe3O4 2．化学键：Fe3O4是由3个铁原子与4个氧原子,通过离子键而组成的复杂离子晶体。 3．名称：四氧化三铁，磁性氧化铁 4．结构特点：在Fe3O4中的Fe具有不同的氧化态，过去曾认为它是FeO和Fe2O3的混合物，但经X射线研究证明，Fe3O4是一种反式尖晶石结构，可写成FeIII[(FeIIFe III)O4] 。晶体结构为六方晶系的永久磁石（硬磁体）和具有化学组成为MII?Fe2O3的尖晶石结构 5.高中阶段涉及到四氧化三铁的一些反应 ①四氧化三铁和盐酸：Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O ②四氧化三铁和硝酸：3Fe3O4+28HNO3=9Fe(NO3)3+NO↑+14H2O ③四氧化三铁和氢碘酸：Fe3O4+8HI=3FeI2+4H2O+I2 ④铝热反应：8Al+3Fe3O4=9Fe+4Al2O3 ⑤铁和水蒸气：3Fe+4H2O(g)=Fe3O4+4H2 ⑥铁和氧气：3Fe+2O2=Fe3O4 ⑦氧化亚铁和氧气：3FeO +O2 =2Fe3O4 ⑧铁钝化：钝化成氧化产物FexOy，主要可能是Fe3O4 ⑨“发蓝”处理： 3Fe＋NaNO2＋5NaOH=3Na2FeO2＋NH3↑＋H2O8Fe＋3NaNO3＋5NaOH＋2H2O＝ 4Na2Fe2O4＋3NH3↑（不一定用硝酸钠作氧化剂）Na2FeO2＋Na2Fe2O4=2H2O+Fe3O4＋ 4NaOH ⑩其他 【问题的提出】 1. 溶解磁性氧化铁为什么要用以下方法： 在实验室中常用磁铁矿（Fe3O4）作为制取铁盐的原料。为处理这样的不溶性氧化物，往往采用酸性熔融法，即以K2S2O7（或KHSO4）作为溶剂，熔融时分解放出SO3。 2KHSO4 == K2S2O7 + H2O K2S2O7 == K2SO4 + SO3 生成的SO3能与不溶性氧化物化合，生成可溶性的硫酸盐。 4Fe3O4 + 18SO3 + O2 == 6Fe2(SO4)3 冷却后的溶块，溶于热水中，必要时加些盐酸或硫酸，以抑制铁盐水解。 2.许多资料表明，天然的四氧化三铁不能溶解在酸中。 3.“四氧化三铁：铁丝在氧气里燃烧生成四氧化三铁；铁在空气里加热到500℃，铁跟空气里的氧气起反应也生成四氧化三铁；锻工砧子周围散落的蓝灰色碎屑主要是四氧化三铁；铁跟高温的水蒸汽发生置换反应生成四氧化三铁和氢气；天然磁铁矿的主要成分是四氧化三铁的晶体。四氧化三铁是一种重要的常见铁的化合物。四氧化三铁呈黑色或灰蓝色，密度5.18g/cm3，熔点1594℃，硬度很大，具有磁性，又叫磁性氧化铁。四氧化三铁不溶于水和碱溶液，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，但能溶于盐酸。天然的Fe3O4不溶于盐酸。四氧化三铁是一种铁酸盐，即FeIIFeIII[FeIIIO4]。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO?Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物。 4.为什么铁被钝化以后不能被浓盐酸或者浓硝酸溶解？除因为浓硫酸酸性弱以外的解释，其他的解释都不"给力"。因为浓硝酸的酸性还是比较强的！
纳米四氧化三铁制备及其性质研究 摘要：四氧化三铁是一种具有反尖晶石结构的铁氧体，由于其具有独特的物理、化学性质， 已经引起众多专家学者的关注。纳米四氧化三铁具有超顺磁性、小尺寸效应、量子隧道效应等使其能够区别于一般的四氧化三铁。目前在国内外，磁性纳米四氧化三铁已经在催化剂、造影成像、靶向给药、药物载体、DNA检测等应用领域表现出良好的应用前景。尤其随着纳米技术与高分子工程的快速发展，磁性纳米四氧化三铁在细胞分离、蛋白质分离、生物传感器、重金属吸附等领域越来越受到研究者的重视。同时，合成粒径小、分布窄且具有优良磁性、表面性能稳定、具有生物相容性安全的磁性纳米四氧化三铁也是各专家、学者研究的热点之一。 关键词：纳米四氧化三铁；磁性；合成 近年来，有关磁性纳米粒子的制备方法与性质备受关注。然而，由于磁性纳米粒子之间的作用力，如范德华力以及磁力作用，纳米四氧化三铁粒子极易发生团聚，使得比表面积降低，同时减弱了反应活性。通过添加高分子聚合物或表面活性剂对粒子表面进行改性，可以获得稳定分散的磁性纳米粒子，从而有效克服上述缺点。 1.实验部分 1.1 实验原理 化学共沉淀法是指在包含两种或两种以上金属阳离子的可溶性溶液中，加入适当沉淀剂，将金属离子均匀沉淀或结晶出来。具体反应方程式：Fe2+ +2Fe3+ +8OH-==Fe3O4 +4H2O.通常是把FeⅡ和FeⅢ的硫酸盐或氯化物溶液一物质的量比2比3的比例混合后，用过量的氨水或氢氧化钠在一定温度和pH下，高速搅拌进行沉淀反应，然后将沉淀过滤、洗涤、烘干，制得纳米四氧化三铁。 1.2仪器与试剂 三颈瓶，pH计，高速离心机，恒温水浴箱，真空干燥箱，紫外可见分光光度计，X射线衍射仪等 四水合氯化亚铁，六水合氯化铁，乙醇，十二烷基苯磺酸钠，油酸，氢氧化钠，盐酸等。1.3实验步骤 室温下，将四水合氯化亚铁和六水合氯化铁按物质的量比为1比2的比例混合放入三颈瓶中，加入200mL去离子水，然后加入一定量表面活性剂和油酸。高速搅拌下，向溶液中缓慢滴加0.1mol/L氢氧化钠溶液，至pH>11,继续搅拌1h使反应完全。反应结束后用磁铁进行固液分离，再用去离子水反复冲洗至中性，以除去多余电解质。在60℃下真空干燥24h. 1.5样品检验 相关资料
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理
. 化学制备法 1.1 化学沉淀法 沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、多元醇为介质的沉淀法、沉淀转化化、直接沉淀法[2]等。 1.11共沉淀法 在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完全沉淀的方法称为共 沉淀法。共沉淀法可制备BaTiO 3[3-5]、PbTiO 3 [6]等PZT系电子陶瓷及ZrO 2 [7,8]等粉体。 以CrO 2为晶种的草酸沉淀法，制备了La、Ca、Co、Cr掺杂氧化物[9]及掺杂BaTiO 3 等。以Ni(NO 3) 2 ·6H 2 O溶液为原料、乙二胺为络合剂，NaOH为沉淀剂，制得Ni(OH)2 超微粉，经热处理后得到NiO超微粉[10]。 与传统的固相反应法相比，共沉淀法可避免引入对材料性能不利的有害杂质[11]，生成的粉末具有较高的化学均匀性，粒度较细，颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。 1.12均匀沉淀法 在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使溶液中的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法。本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性。 本法多数在金属盐溶液中采用尿素热分解生成沉淀剂NH 4 OH，促使沉淀均匀生 成。制备的粉体有Al、Zr、Fe、Sn的氢氧化物[12-17]及Nd 2(CO 3 ) 3 [18,19]等。 1.13多元醇沉淀法 许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的沸点，可大于100°C，因此可用高温强制水解反应制备纳米颗粒[20]。例如Zn(HAC)2·2H2O溶于一缩二乙醇(DEG)，于100-220°C 下强制水解可制得单分散球形ZnO纳米粒子。又如使酸化的FeCl3---乙二醇---水体系强制水解可制得均匀的Fe(III)氧化物胶粒[21]。 1.14沉淀转化法 本法依据化合物之间溶解度的不同，通过改变沉淀转化剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚。例如：以Cu(NO3)2·3H2O、Ni(NO3)2·6H2O为原料，分别以Na2CO3、NaC2O4为沉淀剂，加入一定量表面活性剂，加热搅拌，分别以NaC2O3、NaOH为沉淀转化剂，可制得CuO、Ni(OH)2、NiO超细粉末[22]。 该法工艺流程短，操作简便，但制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物[23]。 1.2化学还原法 1.21水溶液还原法 采用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(钾)等还原剂，在水溶液中制备超细金属粉末或非晶合金粉末，并利用高分子保护PVP(剂聚乙烯基吡咯烷酮)阻止颗炷团聚及减小晶粒尺寸[24-26]。用水溶液还原法以KBH4作还原剂制得 Fe-Co-B(10-100nm)[27]、Fe-B(400nm)、Ni-P非晶合金[28-32]。 溶液还原法优点是获得的粒子分散性好，颗粒形状基本呈球形，过程也可控制。 1.22多元醇还原法 最近，多元醇还原法已被发展于合成细的金属粒子Cu[33]、Ni、Co[34]、Pd、Ag[35-37]。该工艺主要利用金属盐可溶于或悬浮于乙二醇(EG)、一缩二乙二醇
纳米四氧化三铁 简介 四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO-Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。化学式：Fe3O4，分子量，硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系，密度?cm3。熔点℃)。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。? 在外磁场下能够定向移动，粒径在一定范围之内具有超顺磁性，以及在外加交变电磁场作用下能产生热量等特性，其化学性能稳定，因而用途相当广泛。 纳米四氧化三铁置于介质中，采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。?? 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 制备方法 1、水热法制备纳米四氧化三铁（2012年） 聚乙二醇6000包被的四氧化三铁颗粒，采用X射线衍射法分析其构，用扫描电镜测量其直径及分布，用振动样品磁强计检测磁学 参数。结果所得样品为四氧化三铁晶体，粒径为200 nm，质量饱 和磁场强度为 em u／g Fe。结论：制备的样品粒径均一，分散性好， 超顺磁性，水溶性好，可用于物理化学溶栓。 2、卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子的制备（2014年） 直接键合成法：卟啉与四氧化三铁纳米粒子表面直接形成化学键的 制备方法。要求卟啉与四氧化三铁纳米粒子成键单元，如中心金属 原子、羟基等。 用一锅高温合成法合成了单分散的油胺包覆四氧化三铁纳米粒子，
纳米四氧化三铁的制备与表面改性 化学与材料科学系 09级应用化学1班刘立君李淑媛 摘要：由于纳米Fe3O4在光学、电学、热学、磁学、力学等方面独特的性质，对它的研究越来越多，且在各个领域的应用也越来越广泛，因此本文详细介绍了纳米四氧化三铁的各种制备方法，对其制备工艺的优缺点、应用前景、产品性能进行了详细的比较；并综述了纳米四氧化三铁的表面改性的方法，如有机改性、无机改性、偶联改性、小分子改性、大分子改性等改性手法，以及表面改性后各种纳米Fe3O4的特征与用途前景。 关键词纳米Fe3O4 综述表面改性 1引言 四氧化三铁的性质：四氧化三铁在常温常压状态下是一种具有强磁性的黑色粉末状晶体，潮湿状态的四氧化三铁在空气中容易氧化成三氧化二铁，二价铁离子被氧化成三价铁离子。四氧化三铁具有强磁性，四氧化三铁固体具有优良的导电性。因为在磁铁矿中，由于Fe2 +与 Fe3 +在八面体位置上基本上是无序排列的，电子可在铁的两种氧化态间迅速发生转移，所以四氧化三铁固体具有优良的导电性能。X 射线研究表明，四氧化三铁是铁( III) 酸盐，即 Fe2 +( Fe3 +O2 －2)2，称为“偏铁酸亚铁”，化学式为Fe( FeO2)2。在四氧化三铁里，铁显两种价态，所以常常将四氧化三铁看成是由 FeO 与 Fe2O3组成的化合物，也可表示为 FeO·Fe2O3，但不能说是 FeO 与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。常见的天然磁铁矿中主要成分是四氧化三铁的晶体。
磁性纳米粒子的性质：纳米材料指颗粒尺寸在1-100nm间的粒子,及由其聚集而成的纳米固体材料,具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,使得其与同组成的材料相比,显示独特的光学、电学、热学、磁学、力学及化学性质。当磁性纳米材料的尺寸减小到纳米尺度时,尺寸和形状这两个关键参数强烈影响着其磁性能,使磁性纳米粒子呈现超顺磁性,高矫顽力,低居里温度和高磁化率，同时,磁性纳米粒子具有以下几方面的特性:第一,磁性纳米粒子具有可控性的粒径(从几纳米到几十纳米),小于或相当于细胞(10-100nm),病毒(20-450nm),蛋白质(5-50nm),基因(Znm宽10-100nm长)的尺度,这表明磁性纳米粒子能够接近我们所感兴趣的生物实体.事实上,它们可以被生物分子修饰后连接到生物实体上,由此提供了一种可控的标一记方法；第二，磁性纳米粒子的磁性遵从库仑定律,能够通过外加磁场加以控制；第三,磁性纳米粒子能够对磁场的周期性变化产生响应,从激励场获得能量,由此微粒能够被加热,从而可用于热疗,传输大量的热能到靶区,如肿瘤；第四,磁性纳米粒子可从尿液及大便中排泄，其中经肾脏排出较多,肠道排出较少。这也使其在工业、电子信息、生物医药等领域都有着特殊的应用。常用的磁性纳米材料有金属合金及其金属氧化物，由于镍、钴等存在毒性，在生物、医药等方面受到严格的限制，而铁的氧化物(Fe3O4,γ一Fe2O3)因其低毒(LD50约2000mg/kg体重，远远高于目前临床应用剂量）、易得等特点被广泛推用。 2四氧化三铁纳米粒子的制备方法
纳米粉体的制备方法 一、纳米粉体应具备的特性 1、化学成分配比准确：尽量符合化学计量，避免烧结出现液相或阻碍烧结； 2、纯度高：出现液相或影响电性能； 3、成分分布均匀：尤其微量掺杂； 4、粒度要细，尺寸分布范围要窄；结构均匀，密度高； 5、无团聚体：软团聚，硬团聚。 二、制备方法分类 化学法 化学法是指通过适当的化学反应，从分子、原子、离子出发制备纳米物质，它包括化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。 化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程，该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好，可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。 化学气相冷凝法(CVC)主要通过有机高分子热解获得纳米粉体，具体过程是先将反应室抽到或更高真空度，然后注入惰性气体He，使气压达到几百帕斯卡，反应物和载气He从外部系统先进入前部分的热磁控溅射CVD装置由化学反应得到反应物产物的前驱体，然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器，用于冷却和收集合成的纳米微粒。 化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生水合氧化物或难溶化合物，使溶液转化为沉淀，然后经分离、干燥或热分解而得到纳米级超微粒。化学沉淀法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法。 物理法 早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等等。近年来发展了一些新的物理方法，如旋转涂层法将聚苯乙烯微球涂敷到基片上，由于转速不同，可以得到不同的空隙度．然后用物理气相沉积法在其表面上抗积一层膜，经过热处理，即可得到纳米颗粒的阵列。这些方法我们统称为物理凝聚法，物理凝聚法主要分为： （1）真空蒸发靛聚法 将原料用电弧高频或等离子体等加热，使之气化或形成等离子体，然后骤冷，使之凝结成纳米微粒。其粒径可通过改变通入惰性气体的种类、压力、蒸发速率等加以控制，粒径可达1—100nm。具体过程是将待蒸发的材料放人容器中的柑锅中，先抽到或更高的真空度，然后注人少量的惰性气体或性2N、3NH等载气，使之形成一定的真空条件，此时加热，使原料蒸发成蒸气而凝聚在温度较低的钟罩壁上，形成纳米微粒。 （2）等离子体蒸发凝聚法 把一种或多种固体颗粒注人惰性气休的等离子体中，使之通过等离子体之间时完全蒸发，通过骤冷装置使蒸气奴聚制得纳米微粒。通常用于制备含有高熔点金属合金的纳米微粒，如Fe-A1,Nb-Si等。此法常以等离子体作为连续反应器制备纳米微粒。 综上所述，物理方法通常采用光、电等技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发，然后使原子或分子形成纳米颗粒，它还包括球磨、喷雾等以力学过程为主的制备技术。物理法的特点是：操作简单，成本低，但产品纯度不高，颗粒分布不均匀，形状难以控制。 物理化学方法
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。