磁性油墨中纳米氧化铁的制备

1、磁性油墨中纳米氧化铁的制备磁性油墨中纳米氧化铁的制备与性能研究与性能研究纳米纳米-Fe2O3的制备与性能研究的制备与性能研究课题背景课题背景纳米纳米Fe3O4的制备与性能研究的制备与性能研究磁性油墨的制备与性能研磁性油墨的制备与性能研究究结论结论攻读硕士期间发表的论文攻读硕士期间发表的论文1. 课题背景课题背景 磁性油墨磁性油墨作为一种比较流行的防伪油墨，作为一种比较流行的防伪油墨，主要应用于防伪印刷领域，具有优越的防伪性主要应用于防伪印刷领域，具有优越的防伪性能。能。磁性油墨防伪原理是颜料采用磁性物质磁性油墨防伪原理是颜料采用磁性物质,如如氧化铁或氧化铁中加入钴、锰等化学物质，应氧化铁或氧化

2、铁中加入钴、锰等化学物质，应用磁检测仪可检测出磁信号。用磁检测仪可检测出磁信号。 纳米磁性油墨纳米磁性油墨是指将纳米材料作为油墨的是指将纳米材料作为油墨的颜料而制备出的油墨，而纳米氧化铁是应用最颜料而制备出的油墨，而纳米氧化铁是应用最为广泛的油墨颜料。为广泛的油墨颜料。 磁饱和度大磁饱和度大大小均匀大小均匀分散性好分散性好稳定性好稳定性好时效长时效长纳米氧化铁的优点纳米氧化铁的优点着色力高着色力高色彩饱和度好色彩饱和度好艳丽耐水艳丽耐水耐磨性好耐磨性好穿透力好穿透力好2. 纳米纳米-Fe2O3的制备与性能研究的制备与性能研究2.1 溶胶溶胶-凝胶法制备凝胶法制备-Fe2O3及其表征方法及其表征

3、方法VSMSEM表征表征方法方法TG-DTAXRD图3.1 溶胶-凝胶法制备-Fe2O3流程图Fig. 3.1 The flowchart of prepared -Fe2O3 by Sol-Gel method图3.2 样品的TG-DTA图Fig. 3.2 The TG-DTA image of the sample 图3.3 样品的SEM图Fig. 3.3 The SEM image of the sample TG-DTATG-DTA分析分析SEMSEM分析分析2040608005001000150020002500(119)(300)(214)(112)(116)(024)(202)(

4、113)(110)(104)(012) Indensity/(au)2/()-Fe2O3(220)-6000-4000-20000200040006000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6-1500-1000-500050010001500-0.4-0.20.00.20.4 M/(emu/g)H/(Oe) BA图3.5 样品的XRD谱图Fig. The XRD image of the sample 图3.6 样品的VSM图Fig. 3.6 The VSM image of the sample XRDXRD分析分析VSMVSM分析分析图3.7 水热法制备-Fe2O3流程图Fig

5、. 3.7 The flowchart of prepared -Fe2O3 by Hydrothermal VSMSEM表征表征方法方法TG-DTAXRD2.2 水热法制备水热法制备-Fe2O3及其表征方法及其表征方法名称名称反应物摩尔比反应物摩尔比反应温度反应温度反应时间反应时间样品样品A1:21806h样品样品B1:31806h样品样品C1:41806h样品样品D1:31506h样品样品E1:32006h样品样品F1:31804h样品样品G1:31808h2.2.1 反应条件对产物的影响反应条件对产物的影响图3.8 不同摩尔配比的SEM图（a 反应物配比1:2，b 反应物配比1:3，c

6、反应物配比1:4）Fig. 3.8 The SEM images of different molar ratio（a Reactant ratio is 1:2，b Reactant ratio is 1:3，c Reactant ratio is 1:4）1:21:31:4 图3.10 不同反应温度的SEM图(a 反应温度为150,b 反应温度为180，c反应温度200)Fig. 3.10 The SEM images of different reaction temperatures(a Reaction temperatures is 150, b Reaction temperat

7、ures is 180, c Reaction temperatures is 200)150180200 图3.11 不同反应时间的SEM图(a 反应时间4h ,b 反应时间为6h，c反应时间为8h)Fig. 3.11 The SEM images of different reaction time (a Reaction time is 4h, b Reaction time is 6h, c Reaction time is 8h)4h6h8h100200300400500600700800-8-404812169698100102104 T/vmg-1Temperature/Mass

8、 loss/%DTATG图3.8 前驱体的TG-DTA图Fig. 3.8 The TG-DTA image of precursorTG-DTATG-DTA分析分析 图3.13段烧前后样品的XRD图(a 煅烧前b 煅烧后)Fig. 3.13 The XRD images of sample before and after calcinations (a Before calcinations, b After calcination)20406080050010001500200025003000 Indensity(au)2（ ) -Fe203a2040608005001000150020

9、002500 -Fe203 Indensity(au)2（ )ba 煅烧前煅烧前b 煅烧后煅烧后XRDXRD分析分析 图3.14 煅烧前后样品的SEM图(a 煅烧前，b 煅烧后)Fig. 3.14 The SEM images of sample before and after calcinations(a Before calcinations, b After calcination)a 煅烧前煅烧前b 煅烧后煅烧后SEMSEM分析分析-6000-4000-20000200040006000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6-1500-1000-50005001000-0.

10、4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.4 M/(emu/g)H/(Oe)a -6000-4000-20000200040006000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6-1000-500050010001500-0.4-0.20.00.20.4 M/(emu/g)H/(Oe)b 图3.15 煅烧前后样品的VSM图(a煅烧前 b煅烧后)Fig. 3.15 The VSM images of sample before and after calcinations(a Before calcinations, b After calcination)b 煅烧后煅烧后a

11、煅烧前煅烧前VSMVSM分析分析 图3.16 添加不同种类的表面活性剂时的SEM图(a 聚乙烯吡咯烷酮（PVP） b 十二烷基苯磺酸钠（SDBS）)Fig. 3.16 The SEM images of adding different types surfactants(a polyvinyl pyrrolidone ( PVP )，b twelve benzene sulfonate ( SDBS)2.3 表面活性剂和分散剂对制备表面活性剂和分散剂对制备- Fe2O3的影响的影响a 聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯吡咯烷酮b 十二烷基苯磺酸纳十二烷基苯磺酸纳SEMSEM分析分析baa -Fe2O3(2

12、20)(306)(104)(110)(113)(024)(116)(122)(214)(300)(012)Indensity/(au)2/()1020304050607080 图3.17添加不同种类的表面活性剂时的XRD图 a 聚乙烯吡咯烷酮（PVP） b十二烷基苯磺酸钠（SDBS）Fig. 3.17 The XRD images of adding different types surfactants a polyvinyl pyrrolidone ( PVP )，b twelve benzene sulfonate ( SDBS)XRDXRD分析分析-6000-4000-20000200

13、040006000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6-1500-1000-50005001000-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.4 M/(emu/g)H/(Oe)a -10000 -8000-6000-4000-20000200040006000800010000-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0-1500-1000-500050010001500200025003000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6 M/(emu/g)H/(Oe)b 图3.18 不同表面活性剂的VSM图(a PVP b SDBS)F

14、ig. 3.18 The VSM images of adding different types surfactants（ a polyvinyl pyrrolidone ( PVP )，b twelve benzene sulfonate ( SDBS)）VSMVSM分析分析a 聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯吡咯烷酮b 十二烷基苯磺酸纳十二烷基苯磺酸纳 图3.19 添加不同PVP量时的SEM图a PVP用量为0.5g b PVP用量为1.0g c PVP用量为1.5g d PVP用量为2.0gFig. 3.19 The SEM images of adding the different amoun

15、t PVP(a PVP is 0.5g, b PVP is 0.5g, c PVP is 1.5g, d PVP is 2.0g)a 0.5 gb 1.0 gc 1.5 gd 2.0 gSEMSEM分析分析20406080(122)(116)(024)(113)(110)(104)(012)-Fe2O3 Indensity/(au)2/()1.5gc1gb0.5ga 2gd (300)(214)(306)(220)图3.20 添加不同PVP时的XRD图（ a PVP用量为0.5g b PVP用量为1.0 c PVP用量为1.5g d PVP用量为2.0g）Fig. 3.20 The XRD i

16、mages of adding the different amount PVP(a PVP is 0.5g, b PVP is 0.5g, c PVP is 1.5g, d PVP is 2.0g)XRDXRD分析分析 -8000-6000-4000-200002000400060008000-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0-1500-1000-500050010001500200025003000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6 M/(emu/g)H/(Oe)b -8000-6000-4000-200002000400060008000-

17、0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0-2000-1500-1000-5000500100015002000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6 M/(emu/g)H/(Oe)c -8000-6000-4000-200002000400060008000-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0-1000-5000500100015002000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6 M/(emu/g)H/(Oe)d 图3.21 添加不同PVP时的VSM图（ a PVP用量为0.5g b PVP用量为1.0g c PVP

18、用量为1.5g d PVP用量为2.0g）Fig. 3.21 The VSM images of adding the different amount PVP（a PVP is 0.5g, b PVP is 0.5g, c PVP is 1.5g, d PVP is 2.0g）a 0.5 gb 1.0 gc 1.5 gd 2.0 gVSMVSM分析分析-6000-4000-20000200040006000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6-1000-500050010001500-0.4-0.20.00.20.4 M/(emu/g)H/(Oe)a 图3.22添加不同乙二醇用量

19、时的SEM图a不加入乙二醇 b添加乙二醇10 ml c添加乙二醇20 ml d添加乙二醇30 mlFig. 3.22 The SEM images of adding the different amount glycol(a glycol is 0 ml, b glycol is 10 ml, c glycol is 20 ml, d glycol is 30 ml)a 0 mlb 10 mlc 20 mld 30 mlSEMSEM分析分析1020304050607080a-Fe2O3(220)(119)(300)(214)(122)(116)(024)(202)(113)(110)(104

20、)(012)Indensity/(au)2/()30ml20ml10ml0mldcba 图3.23 添加不同乙二醇用量时的XRD图（a不加入乙二醇 b添加乙二醇10 ml c添加乙二醇20 ml d添加乙二醇30 ml）Fig. 3.23 The XRD image of adding the different amount glycol(a glycol is 0 ml, b glycol is 10 ml, c glycol is 20 ml, d glycol is 30 ml)XRDXRD分析分析-6000-4000-20000200040006000-0.8-0.6-0.4-0.2

21、0.00.20.40.60.81.0-2000-1500-1000-5000500100015002000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6 M/(emu/g)H/(Oe)b -6000-4000-20000200040006000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6-1500-1000-500050010001500-0.4-0.20.00.20.4 M/(emu/g)H/(Oe)c BA-6000-4000-20000200040006000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6-1500-1000-500050010001500-0.4-0.20.00

22、.20.4 M/(emu/g)H/(Oe)d BA图3.24 添加不同乙二醇用量时的VSM图(a不加入乙二醇 b添加乙二醇10 ml c添加乙二醇20 ml d添加乙二醇30 ml)Fig. 3.24 The VSM image of adding the different amount glycol(a glycol is 0 ml, b glycol is 10 ml, c glycol is 20 ml, d glycol is 30 ml)a 0 mlb 10 mlc 20 mld 30 mlVSEVSE分析分析-6000-4000-20000200040006000-0.6-0.4

23、-0.20.00.20.40.6-1500-1000-50005001000-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.4 M/(emu/g)H/(Oe)a 3.纳米纳米Fe3O4的制备与性能研究的制备与性能研究图4.1 溶剂热法制备Fe3O4流程图Fig. 4.1 The flowchart of prepared Fe3O4 by solvent thermal method VSMSEM表征表征方法方法TG-DTAXRD3.1 纳米纳米Fe3O4的制备及表征方法的制备及表征方法图4.2 样品的TG-DTA图Fig. 4.2 The TG-DTA image of the

24、sample 图4.3 样品的SEM图Fig. 4.3 The SEM image of the sample TG-DTATG-DTA分析分析SEMSEM分析分析102030405060708005001000150020002500(533)(620)(440)(511)(422)(400)(222)(311)(220) Indensity/(au)2/()Fe3O4(111)-8000-6000-4000-200002000400060008000-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0-1000-5000500100015002000-0.6-0.4-0.2

25、0.00.20.40.6 M/(emu/g)H/(Oe) 图4.5 样品的XRD图Fig. 4.5 The XRD image of the sample图4.6 样品的VSM图Fig. 4.6 The VSM image of the sampleXRDXRD分析分析VSMVSM分析分析4. 磁性油墨磁性油墨的制备与性能研究的制备与性能研究原料原料醇酸树脂醇酸树脂食用油食用油磁性颜料磁性颜料炭黑炭黑 其他助剂其他助剂质量分数质量分数/%28105048表5.1 磁性油墨的配方Table 5.1 The formulation of magnetic ink把以上配方按照一定顺序放入烧杯中，将

26、烧杯低速搅拌把以上配方按照一定顺序放入烧杯中，将烧杯低速搅拌30 min,再再高速搅拌高速搅拌30 min。将搅拌完全之后的油墨研磨，当炭黑细度达到要。将搅拌完全之后的油墨研磨，当炭黑细度达到要求后，停止研磨，即完成油墨制备。求后，停止研磨，即完成油墨制备。4.1 磁性油墨的制备及性质磁性油墨的制备及性质表5.2 磁性油墨的性质Table 5.2 The nature of magnetic ink样品样品细度细度黏度黏度触变性触变性流动性流动性着色力着色力耐光性耐光性干燥性干燥性-Fe2O31m90Pa/s好好较好较好强强强强较快较快Fe3O41m93Pa/s好好较好较好强强强强较快较快-4000-2000020004000-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6-1500-1000-50005001000-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.4 M/(emu/g)H/(Oe)a -4000-2000