纳米四氧化三铁的应用

1、纳米四氧化三铁的应用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

2、1867.5K(1594.5 C)。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212个月都能很好的分散着， 磁性液 体中颗粒平均粒径为 1635nm 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

3、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 -

4、 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 。磁性 Fe3 O4 纳米颗粒的制备方法目前 , 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

5、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 年代发展起来的一种液相制备单分散金属氧化 物颗粒的新工艺 。（三）微乳液法 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、 各向同性、 低黏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 no）或水包油 （O nw）微乳液。（四）水热法水热法是在密闭高压釜内的高温、 高

6、压反应环境中 , 采用水 作为反应介质 , 使通常难溶或不溶的前驱体溶解 , 从而使 其反应结晶的一种方法。（五）其他制备方法 除了以上几种常见的制备方法外 人们还开 ,发了一些制备 Fe3O4 的方法。 如水解法、 多元醇还原法、 前驱体热分解法、 溶剂热法等 。由于上述方法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

7、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，骨架材料主要是具有 磁性的无机材料。而 Fe3O4 因具有物料性质稳定、与生物 相容性较好、强度较高，且无毒副作用等特点，而被广泛的 应用于生物医用的多个领域，如磁共振成像、磁分离、靶向 药物载体、肿瘤热疗技术、细胞标记和分离，以及作为增强 显影剂、造影剂的研究、视网膜脱离的修复手术等。 尤其在治癌导向药物载体和肿瘤磁过热疗方面， 目前已成 为国内研究的重点和热点。磁性四氧化三铁（中药名磁石 ）

8、 主治:安神,聪耳明目 ,纳气平喘 .用于头晕目眩 ,视物昏花 ,耳鸣 , 耳聋 ,肾虚气喘 ,惊痫 ,怔仲等症 .（二）磁性液体 磁性液体是一种新型功能材料，它将是众多的纳米级的铁磁 性或亚铁磁性微粒高度弥散于液态载液中而构成的一种高 稳定的胶体溶液，微粒与载液通过表面活性剂混成的这种磁 性液体即使在重力场、电场、磁场作用下也能长期稳定的存 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

9、下低频声波发生器、用于 移位寄存器显示等三）催化剂载体Fe3O4 颗粒在很多工业反应中被用作催化剂 , 如制 取 NH3 （Haber 制氨法 ） 、高温水气转移反应和天然气的 去硫反应等 。由于 Fe3O4 纳米微粒尺寸小 , 比表面积大 且纳米颗粒表面光滑性差 , 形成了凹凸不平的原子台阶 增加了化学反应的接触面。 同时 , 以 Fe3O4 颗粒为载体 催化剂成分覆在颗粒表面 , 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 , 又使催化剂易于回 收。因此 , Fe3O4 颗粒被大量应用于催化剂载体研究中。 （四 ） 微波吸波材料纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大

10、块材料不具 备的光学特性 , 如光学非线性 , 以及光吸收、光反射过程 中的能量损耗等 , 都与纳米微粒的尺寸有很大的依赖关系。 研究表明 , 利用纳米微粒的特殊的光学特性制备成各种光 学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。目前关 于这方面研究还处在实验室阶段。纳米微粒的量子尺寸效应 等使它对某种波长的光吸收带有蓝移现象。纳米微粒粉体对 各种波长光的吸收有宽化现象。 Fe3O4 磁性纳米粉由于具 有高的磁导率 , 可以作为铁氧体吸波材料的一种 , 应用在 微波吸收方面。（五 ） 磁记录材料纳米 Fe3O4 磁性颗粒的另一个重要用途是用来做磁记录材料。纳米 Fe3O4 由于其尺寸小 ,

11、其磁结构由多畴变为单畴 , 具有非常高的矫顽力,用来做磁记录材料可以大大提高信噪比 , 改善图像质量而且可以达到信息记录纳米 Fe3O4 颗粒 尺寸较小、耐腐蚀、具有可通过磁场控制的高密度。为了达到最好的记录效果 必须有较高的矫顽力和剩余磁化强度 耐摩擦以及适应温度的改变 。（六）磁性密封磁性液体又称磁流体或铁磁流体 其物理性能的特点，具有液态载体的流动性、润滑性以及密 封性。它是由纳米级 （10nm 以下 ） 的强磁性微粒高度弥散 于某种液体中所形成的稳定的胶体体系。可用作机械密封的旋转轴密封（动密封） ，利用磁性液体既是流体又是磁性材 料的特点 ,可以把它吸附在永久磁铁或电磁铁的缝隙中,使

12、两个相对运动的物体得到密封。 形成液体 O 型环， 用于精密仪 器、精密机械、气体密封、真空密封、压力密封等；动密封 应用最广，可实现零泄漏，具有密封液用量少、防震、无机 械磨损、小磨擦、低功耗、无老化、自润滑、寿命长、转速 适应范围宽、结构简单、对轴加工精度及光洁度要求不高、密封可靠等优点。（七）磁保健众所周知，人体具有生物磁场，人体的每一个细胞都是一个磁微单元，因此外界磁场的变化都会影响人体的生理机 能。据报道可知，磁场对人体的神经系统、心脏功能、血液 成份、血管系统、血脂、血液流变学、免疫功能、内分泌功 能和的活性等具有影响作用。因此，对人体具有疾病治疗和 保健作用。基于这种原理，我们发明了纳米磁性粉体，使添 加此种粉体的产品达到调整人体机能和提高抗病能力，起到 医疗保健作用的。制得的水基磁性液体稳定性很好，放置几 个月仍能均匀分散。因此，可将水基磁性液体作为一 种类 似于磁性颜料易于添加到各种产品中；可广泛用于各类化 纤、塑料、橡胶等， 是保健产品、 养生产品的极佳添加材料。 目前市场上也存在一些纳米磁性材料的应用产品，如纳米磁 疗产品，纳米磁疗护膝、纳米磁疗手链等。三、 纳米四氧化三铁的应用展望 随着科学的进步 , 人们对新型材料的需求更加迫切 , 这使得用于纳米科技和生