磁性四氧化三铁纳米粒子的制备及其表面修饰研究文献综述

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1、文献综述磁性四氧化三铁纳米粒子的制备及其表面修饰研究摘要磁性Fe304纳米结构材料是一类非常重要的无机功能材料，其独特的物理化学性质，使得在众多方面表现出与常规磁性材料不同的特殊用途。基于在磁记录、磁流体、催化、生物医药等领域有着广泛的潜在应用前景，近年来有关磁性Fe304纳米结构材料的制备及性能表征已成为磁学领域的研究热点之一。设计开发具有独特结构和功能的磁性纳米结构材料，并对其磁性能进行研究，是科研工作者努力实现的目标。本文主要对磁性Fe304纳米微球的制备及其表面修饰研究做一综述。关键词四氧化三铁纳米结构纳米微球表面修饰引言近年来，纳米材料与技术在诸多领域

2、引起广泛的重视，成为国际上研究与开发最为活跃的领域之一，被认为是21世纪人类最有前景的技术领域。纳米材料是以纳米尺度(10-9)的物质单元为基础，按一定规律构筑的一种具有全新结构的超细材料，即三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料。由于纳米材料的界面组元所占比例大，纳米颗粒表面原子比例高，与通常的多晶材料或者微粉完全不同，其表现出高的表面效应、体积效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质，近年来吸引了国内外众多学者的大量关注和研究。其中，磁性纳米材料由于特殊的超顺磁性，因而在巨磁电阻、磁性液体

3、和磁记录、软磁、永磁、磁制冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景[1]。对磁性纳米材料来说，由于既具有纳米材料的一般性质，又有磁性的存在，能够表现出许多特殊的性能。特征尺寸在纳米级的磁性材料，与常规材料相比，除了具有纳米材料的一般介观(即介于宏观体与微观分子、原子之间)的特性外，还具有特殊的磁性能，其主要体现在以下几个方面：(1)超顺磁性：磁性颗粒在其尺寸达到相应的临界值时便能表现出超顺磁性。(2)矫顽力：当磁性粒子尺寸高于超顺磁的临界尺寸时，通常就会呈现出高的矫顽力Hc。(3)磁化强度：磁性颗粒的磁化强度通常显示出随粒子尺寸变化的特点。

4、(4)居里温度：居里温度乃与交换积分值成正比，是物质磁性的重要参数之一，与原子构型和间距有关。(5)磁化率：所谓磁化率，是指某一物质受外磁场H的感应而生成的磁化强度。总而言之，与常规材料相比，纳米尺度的磁性材料会表现出诸如量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应以及特异的表观磁性能等不同的磁性，甚至也能引起磁性相变。1.四氧化三铁的结构氧化铁(包括Fe304，γ-Fe203，α-Fe203)作为一种磁性原料，无论在工业生产还是科学研究中都备受瞩目，将磁性氧化铁制备成具有特殊性能的纳米颗粒以及由纳米颗粒自组装的各种纳米结构己引起了科研人员的极大兴趣及

5、广泛关注。四氧化三铁，又称磁性氧化铁，是具有磁性的黑色晶体，不溶于酸或碱，是电的良导体。结构和性质是材料表征中两个基本的属性，二者密不可分，因此，研究四氧化三铁的结构对于了解其性质以及探索其可能的应用具有十分重要的价值[2-3]。2.磁性纳米Fe304的制备工艺磁性纳米材料的制备可分为物理法、生物法和化学法。物理法制备有两种途径：大块物质机械球磨法和小极限原子或分子的集合体人工合成。该方法便于操作，但存在下列缺点：所制得的粒子尺寸分布较宽、所需时间长、耗能大、易引入杂质等。部分磁性纳米粒子广泛存在于各种生物体，如细菌以及蚂蚁、蜜蜂、鸽子和鲑鱼体内，但该方法的缺点

6、是：进行大规模发酵、培养比较困难；粒子的提取过程也较为繁琐，很难大量合成。鉴于物理法和化学法的缺陷，磁性纳米粒子的制备主要以化学法为主。目前所研究的磁性纳米粒子的化学制备方法又可分为均相制备法和非均相制备法，其中均相制备方法有高温分解（High-temperaturedecomposition）法和共沉淀（Coprecipitation）法，非均相制备方法有溶胶-凝胶（Gel-sol）法、超声化学（Sonochemistry）法、微乳液（Micro-emulsion）法、激光分解（Laserpyrolysis）法和电化学沉淀法等。2.1高温分解法高温分解法一般是

7、将铁前驱体（如Fe(CO)5、Fe(CuP)3等）高温分解产生铁原子，再由铁原子生成铁纳米粒子，将铁纳米粒子控制氧化得到氧化铁。1999年，Alivisatos研究小组首次以高沸点的三辛胺溶剂和溶解有Fe(CuP)3（铜铁试剂与铁的络合物）的辛胺溶液，得到平均尺寸为10±1.5nm的γ-Fe2O3磁性纳米粒子。Sun等以乙酰丙酮铁盐（Fe(acac)3）为前躯体，油酸、油胺为稳定剂，1,2-十六二元醇为还原剂，在高沸点溶剂苯醚或苄醚中，氮气保护下265℃合成出粒径<20nm单分散的Fe3O4纳米粒子。Liu等利用乙酰丙酮铁（Fe(acac)3）、辛醚、1,2-十

8、六烷二醇及聚乙烯吡咯烷酮