本發(fā)明涉及一種鈷鐵氧體磁性納米顆粒的制備方法。

技術(shù)背景

鈷鐵氧體(cofe2o4)具有適中的飽和磁化強(qiáng)度、大的磁晶各向異性常數(shù)、較高的矯頑力，并且具有良好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，這些獨(dú)特的性質(zhì)使得鈷鐵氧體在核磁共振成像、藥物運(yùn)輸、催化劑、高密度磁存儲(chǔ)、氣體傳感器、磁流體等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鈷鐵氧體的磁性能受到其形貌和尺寸的影響很大，隨著鈷鐵氧體粒徑的減小和形狀各向異性的提高，用于磁存儲(chǔ)材料時(shí)可以顯著提高記錄密度和信噪比。因此，控制鈷鐵氧體的形貌和尺寸成為提高其磁性能的關(guān)鍵。鈷鐵氧體傳統(tǒng)的制備方法有溶膠-凝膠法、熱分解法、共沉淀法等，這些方法雖然可以制備出納米級(jí)的鈷鐵氧體，但是團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，粒徑分布較大，并且能耗較高，方法比較復(fù)雜，難以一步制備出形貌規(guī)則，粒徑分布窄，矯頑力和飽和磁化強(qiáng)度高的鈷鐵氧納米粒子。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決目前的納米鈷鐵氧體制備方法復(fù)雜、易團(tuán)聚、分散性差、粒徑不可控和結(jié)晶度差的技術(shù)問題，而提供一種鈷鐵氧體磁性納米顆粒的制備方法。

本發(fā)明的一種鈷鐵氧體磁性納米顆粒的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的：

一、磁力攪拌：將表面活性劑加入到水中，在溫度為20℃～30℃的條件下磁力攪拌至形成澄清溶液，然后加入前驅(qū)體和絡(luò)合劑，繼續(xù)攪拌至形成均相溶液；所述的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨；所述的前驅(qū)體由氯化鐵和氯化鈷組成，且氯化鈷和氯化鐵的物質(zhì)的量之比為1:(2～3)；所述的氯化鈷和絡(luò)合劑的物質(zhì)的量之比為1:(30～35)；所述的絡(luò)合劑為尿素；

二、水熱反應(yīng)：將步驟一所得的均相溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)膽為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封，然后將反應(yīng)釜放入到鼓風(fēng)干燥箱中，在溫度為150℃～180℃的條件下水熱反應(yīng)8h～12h；

三、冷卻：步驟二的水熱反應(yīng)結(jié)束后，在鼓風(fēng)干燥箱中自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜；

四、洗滌：

①、將步驟三反應(yīng)釜中冷卻后的產(chǎn)物放入離心管中，以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min～5min，保留固體，加入乙醇水溶液，超聲均勻，然后以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min～5min，保留固體；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的體積比為1:2；

②、繼續(xù)加入乙醇水溶液，超聲均勻，然后以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min～5min，保留固體；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的體積比為1:2；

③、重復(fù)步驟四②的過程2次～3次，保留固體，得到洗滌后的產(chǎn)物；

五、干燥：將步驟四洗滌后的產(chǎn)物放入真空干燥箱中，在真空和溫度為60℃～70℃的條件下干燥3h～4h，得到黑色鈷鐵氧納米顆粒。

本發(fā)明采用一種簡單的水熱合成方法，制備了尺寸可控，分散均勻，結(jié)晶良好的高矯頑力鈷鐵氧納米顆粒，且裝置操作簡單，原料成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)。該材料在核磁共振成像、藥物運(yùn)輸、催化劑、高密度磁存儲(chǔ)、氣體傳感器、磁流體等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明采用簡單的水熱合成法，以ctab(十六烷基三甲基溴化銨)為表面活性劑，尿素為絡(luò)合劑，在反應(yīng)釜中高溫高壓條件下一步制備得到了具有優(yōu)異磁性能的高矯頑力鈷鐵氧納米顆粒，并且還可以通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體濃度，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)產(chǎn)物的磁性能、形貌和尺寸。

附圖說明

圖1是試驗(yàn)一制備的黑色鈷鐵氧納米顆粒的sem照片；

圖2是試驗(yàn)一制備的黑色鈷鐵氧納米顆粒的eds譜圖；

圖3是試驗(yàn)一制備的黑色鈷鐵氧納米顆粒的x射線衍射花樣；

圖4是試驗(yàn)一制備的黑色鈷鐵氧納米顆粒的vsm曲線圖。

具體實(shí)施方式：

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式為一種鈷鐵氧體磁性納米顆粒的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、磁力攪拌：將表面活性劑加入到水中，在溫度為20℃～30℃的條件下磁力攪拌至形成澄清溶液，然后加入前驅(qū)體和絡(luò)合劑，繼續(xù)攪拌至形成均相溶液；所述的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨；所述的前驅(qū)體由氯化鐵和氯化鈷組成，且氯化鈷和氯化鐵的物質(zhì)的量之比為1:(2～3)；所述的氯化鈷和絡(luò)合劑的物質(zhì)的量之比為1:(30～35)；所述的絡(luò)合劑為尿素；

二、水熱反應(yīng)：將步驟一所得的均相溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)膽為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封，然后將反應(yīng)釜放入到鼓風(fēng)干燥箱中，在溫度為150℃～180℃的條件下水熱反應(yīng)8h～12h；

三、冷卻：步驟二的水熱反應(yīng)結(jié)束后，在鼓風(fēng)干燥箱中自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜；

四、洗滌：

①、將步驟三反應(yīng)釜中冷卻后的產(chǎn)物放入離心管中，以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min～5min，保留固體，加入乙醇水溶液，超聲均勻，然后以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min～5min，保留固體；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的體積比為1:2；

②、繼續(xù)加入乙醇水溶液，超聲均勻，然后以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min～5min，保留固體；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的體積比為1:2；

③、重復(fù)步驟四②的過程2次～3次，保留固體，得到洗滌后的產(chǎn)物；

五、干燥：將步驟四洗滌后的產(chǎn)物放入真空干燥箱中，在真空和溫度為60℃～70℃的條件下干燥3h～4h，得到黑色鈷鐵氧納米顆粒。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟一中所述的前驅(qū)體由氯化鐵和氯化鈷組成，且氯化鈷和氯化鐵的物質(zhì)的量之比為1:2。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟一中所述的氯化鈷和絡(luò)合劑的物質(zhì)的量之比為1:30。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟二中將步驟一所得的均相溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)膽為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封，然后將反應(yīng)釜放入到鼓風(fēng)干燥箱中，在溫度為180℃的條件下水熱反應(yīng)8h。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟五中將步驟四離心后的產(chǎn)物放入真空干燥箱中，在真空和溫度為60℃的條件下干燥3h，得到黑色鈷鐵氧納米顆粒。其它與具體實(shí)施方式一相同。

通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的效果：

試驗(yàn)一：本試驗(yàn)為一種鈷鐵氧體磁性納米顆粒的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、磁力攪拌：將表面活性劑加入到水中，在溫度為30℃的條件下磁力攪拌至形成澄清溶液，然后加入前驅(qū)體和絡(luò)合劑，繼續(xù)攪拌至形成均相溶液；所述的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨；所述的前驅(qū)體由氯化鐵和氯化鈷組成，且氯化鈷和氯化鐵的物質(zhì)的量之比為1:2；所述的氯化鈷和絡(luò)合劑的物質(zhì)的量之比為1:30；所述的絡(luò)合劑為尿素；

二、水熱反應(yīng)：將步驟一所得的均相溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)膽為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封，然后將反應(yīng)釜放入到鼓風(fēng)干燥箱中，在溫度為150℃的條件下水熱反應(yīng)12h；

三、冷卻：步驟二的水熱反應(yīng)結(jié)束后，在鼓風(fēng)干燥箱中自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜；

四、洗滌：

①、將步驟三反應(yīng)釜中冷卻后的產(chǎn)物放入離心管中，以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min，保留固體，加入乙醇水溶液，超聲均勻，然后以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min～5min，保留固體；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的體積比為1:2；

②、繼續(xù)加入乙醇水溶液，超聲均勻，然后以6500r/min的轉(zhuǎn)速離心3min，保留固體；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的體積比為1:2；

③、重復(fù)步驟四②的過程2次，保留固體，得到洗滌后的產(chǎn)物；

五、干燥：將步驟四洗滌后的產(chǎn)物放入真空干燥箱中，在真空和溫度為60℃的條件下干燥3h，得到黑色鈷鐵氧納米顆粒。

圖1是試驗(yàn)一制備的黑色鈷鐵氧納米顆粒的sem照片，可以看出cofe2o4納米顆粒分散均勻，形貌規(guī)整，粒徑分布窄，直徑約為60nm。

圖2是試驗(yàn)一制備的黑色鈷鐵氧納米顆粒的eds譜圖，表1是相應(yīng)的數(shù)據(jù)，可以看出，產(chǎn)物中含有鐵與鈷元素，且原子百分比接近2:1。

表1

圖3是試驗(yàn)一制備的黑色鈷鐵氧納米顆粒的x射線衍射花樣，從圖中可以看出，峰形尖銳，強(qiáng)度很高，說明所得樣品有很好的結(jié)晶度；所有衍射峰與立方相鈷鐵氧體的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰一致，這證實(shí)形成的產(chǎn)物是純相化合物。

圖4是試驗(yàn)一制備的黑色鈷鐵氧納米顆粒的vsm曲線圖，可以看出鈷鐵氧納米顆粒具有較大的矯頑力與飽和磁化強(qiáng)度，hc＝3.57koe，ms＝34.74emu/g。