Fe3O4納米粒子的制備

劉佳倫

摘 要：本文綜述了四氧化三鐵納米粒子的各種制備方法，包括共沉淀法、微乳液法、溶膠-凝膠法、水熱合成法，最后對(duì)制備方法進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：Fe3O4；納米粒子；制備方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.015

0 引言

磁性納米材料由于具有順磁效應(yīng)受到眾多科研工作者的關(guān)注，其中Fe3O4納米粒子由于其超順磁性、高表面活性等特性，成為磁性納米材料的重點(diǎn)研究方向[1]。

當(dāng)前Fe3O4納米粒子的研究重點(diǎn)[2]在于：改進(jìn)或優(yōu)化Fe3O4納米粒子的常規(guī)制備方法，研究新制備方法。

本文重點(diǎn)對(duì)Fe3O4納米粒子的常用化學(xué)制備方法進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 Fe3O4納米粒子的制備

1.1 共沉淀法

共沉淀法包括：（1）滴定水解法，即將稀堿溶液滴加到一定摩爾比的三價(jià)鐵鹽與二價(jià)鐵鹽混合溶液，使混合液的pH值逐漸升高，進(jìn)而水解生成Fe3O4納米粒子；（2）Massmart水解法[3]，即通過(guò)將一定摩爾比的三價(jià)鐵鹽與二價(jià)鐵鹽混合液直接加入到強(qiáng)堿性水溶液，鐵鹽在強(qiáng)堿性水溶液中瞬間水解結(jié)晶形成Fe3O4納米粒子。

Goya[4]等通過(guò)共沉淀法制備了Fe3O4納米粒子，在制備過(guò)程中發(fā)現(xiàn)納米粒子的粒徑尺寸會(huì)影響其磁化強(qiáng)度；Lin[5]等則用共沉淀法合成了Fe3O4納米粒子，并在其表面包覆了高分子考察其生物特性。

通過(guò)共沉淀法制備的Fe3O4納米粒子粒徑小、顆粒均勻、分散性好且對(duì)實(shí)驗(yàn)條件無(wú)太高要求，常規(guī)條件下即可進(jìn)行。

1.2 微乳液法

微乳液法又稱為反相膠束法，是一種新型的制備Fe3O4納米粒子的液相化學(xué)法。該方法通過(guò)形成油包水型（WPO）或水包油（OPW）微乳液將反應(yīng)空間局限在微乳液滴的內(nèi)部。

周孫英[6]等利用油包水（WPO）型反相微乳，通過(guò)該微乳液的“微型水池”制備了納米級(jí)的Fe3O4黑色顆粒；Liu[7]等則通過(guò)將定量的FeCl3 和FeCl2 混合溶液滴加到微乳液中，在非氧化的環(huán)境下得到Fe3O4納米粒子。

通過(guò)微乳液法制備Fe3O4納米粒子可有效避免顆粒之間的進(jìn)一步團(tuán)聚，因而能較好地控制納米粒子的尺寸。

1.3 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是利用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下均勻混合后進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，進(jìn)而通過(guò)緩慢聚合形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，最后通過(guò)對(duì)凝膠進(jìn)行干燥、燒結(jié)固化制備分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。

周潔[8]等在水溶液體系中用溶膠--凝膠的方法通過(guò)改變各反應(yīng)物的濃度制備不同尺寸大小的Fe3O4磁性顆粒；Xu[9]等則利用溶膠-凝膠法在真空退火的條件下制備Fe3O4納米粒子。

通過(guò)溶膠-凝膠法制備得到的Fe3O4 納米粒子粒徑小且粒徑分布均勻，通過(guò)對(duì)其制備工藝條件進(jìn)行優(yōu)化還可以制備傳統(tǒng)方法難以制備的產(chǎn)物比如多組分分子級(jí)混合物。

1.4 水熱合成法

水熱合成法是采用水作為反應(yīng)介質(zhì)，在密閉高壓釜內(nèi)進(jìn)行高溫、高壓反應(yīng)，使通常難溶或不溶的前驅(qū)體溶解，進(jìn)而使其反應(yīng)結(jié)晶。水熱合成法制備Fe3O4納米粒子具有以下優(yōu)點(diǎn)，首先由于反應(yīng)是在封閉容器中進(jìn)行，能夠產(chǎn)生高壓環(huán)境，進(jìn)而避免組分的揮發(fā)，提高了產(chǎn)物的純度；其次高壓釜內(nèi)的高溫有利于納米粒子磁性能的提高；

柴多里[10]通過(guò)水熱法制備了納米四氧化三鐵并采用X射線衍射儀、透射電子顯微鏡對(duì)其進(jìn)行了表征。

采用水熱法制備的可以制備出粒徑可控、晶粒發(fā)育完整、純度高的Fe3O4 納米粒子。

2 展望

除了上述常規(guī)的方法外，前驅(qū)體熱分解法、溶劑熱法、水解法、多元醇還原法、微波超聲法、微波水熱法、電化學(xué)法、有機(jī)模板法、化學(xué)氣相沉積法和生物菌輔助合成法等物理或化學(xué)方法已被科研工作者用于Fe3O4納米粒子的制備。

相信隨著制備技術(shù)的進(jìn)步、實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化、科研工作者對(duì)Fe3O4納米粒子表面尺寸和晶體結(jié)構(gòu)等性質(zhì)的進(jìn)一步了解及對(duì)各種方法制備得到的Fe3O4粒子的粒徑分布趨勢(shì)的分析比較，更高效地制備磁性Fe3O4納米粒子的方法有望得到開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

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