磁性顆粒Fe3O4的制備和應(yīng)用分析(精編版)

1、磁性顆粒 fe3o4 的制備和應(yīng)用分析 摘 要磁性顆粒的制備，常常采用溶膠凝膠的方法獲得，通過改變各反應(yīng)物濃度，制備不同尺寸的fe3o4 磁性顆粒，用 x- 射線衍射（ xrd ）、x- 透射電子?微鏡（ tem ）、電子衍射（ed）對不同大小顆粒進行了結(jié)構(gòu)和形貌表征，運用了振動樣品磁強計（vsm ）對其進行磁學(xué)特性測量，這種方法能夠制備不同粒徑立方尖晶石結(jié)構(gòu)的fe3o4 磁性顆粒， 不同粒徑的 fe3o4 顆粒形貌、磁性等性質(zhì)均有所不同，導(dǎo)致不同粒徑的 fe3o4 顆粒的其他性質(zhì)及其用途也不一樣，因此，制備不同尺寸fe3o4 磁性顆粒并對其特性進行研究成為令人關(guān)注的焦點。 關(guān)鍵詞磁力；凝膠法

2、； fe3o4；磁性顆粒一、磁料制備通過實驗，將 20ml 的 koh溶液倒入燒瓶中攪拌，再將 20ml 的 kno3溶液加入其中， 充分?jǐn)嚢韬螅?將 10ml 的 feso4 溶液緩慢加入，反應(yīng)溶液呈墨綠色， 并產(chǎn)生一些絮狀物質(zhì) .充分?jǐn)嚢韬笠迫?0的水浴中 陳 4h，便可得到黑色 fe3o4 凝膠溶液。 將上述凝膠溶液置于磁場中分離出fe3o4 磁性顆粒， 并采用去離子水清洗 34 遍，將清洗好的fe3o4 顆粒在常溫下真空干燥，得到黑色fe3o4 粉末。用 tem 觀察生成fe3o4 顆粒形貌，用電子衍射和xrd 測量其晶體結(jié)構(gòu)，用 vsm測量其磁性。二、實驗及分析1. fe3o4 磁粒

3、微結(jié)構(gòu)分析：實驗過程中， 通過分別改變反應(yīng)物 koh 和 feso4 濃度比得到粒徑不同的fe3o4 磁性顆粒， 對不同濃度下制備得到的 fe3o4 磁性顆粒進行 tem 表征，可以得出：隨著濃度變化， 顆粒尺寸得到了很好的控制， 隨著粒子尺寸增大， 粒子逐漸呈球形，但是尺寸均一性變差，尺寸分布較寬。由圖 1、圖 2 可以算出此樣品各個衍射環(huán)對應(yīng)的晶面間距 d，從而可以判斷出樣品的晶體結(jié)構(gòu)，不同 的 d 代表不同的晶面結(jié)構(gòu) .由 xrd譜圖中衍射峰對應(yīng)的衍射角 ，并利用 2dsin=nxrd 算出樣品的晶面間距 d，是 x- 射線波長， n 為整數(shù)。將計算得到的 d，與 fe3o4 晶面間距理

4、論值d 進行比較，二者的結(jié)果符合得很好，表明此樣品是立方尖晶石結(jié)構(gòu) fe3o4，對其他樣品分析得到了類似ed 照片和 xrd 譜圖，因此可以推出它們都是立方尖晶石結(jié)構(gòu)的 fe3o4。2. 各化學(xué)成分量對fe3o4 磁粒粒徑的影響： 實驗中采用典型溶膠凝膠法制備fe3o4 磁性顆粒， 反應(yīng)機理是先將 feso4 溶液與 koh 溶液相混合，生成fe（oh）2 凝膠， 然后加入 kno3溶液， 這時凝膠內(nèi)有很多非常細(xì)小的fe3o4 粒子生成， 由于凝膠網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，這些粒子既無明顯的生長也不聚沉，當(dāng)這些一級 粒子積累了相當(dāng)多以后，凝膠網(wǎng)絡(luò)也部分溶解， 突然開始聚沉成簇， 這些簇包含一定數(shù)量的一級粒子，

5、并作為二級粒子核，團聚鄰近的粒子，而余下未溶解部 分凝膠網(wǎng)絡(luò)則阻止隔離二級粒子聚沉，從而形成單分 散球形 fe3o4 粒子，因此溶液中反應(yīng)物濃度會影響生成 fe3o4 粒徑大小 .由 c（fe2+）和 c（oh-）分別過量反應(yīng)時生成fe3o4 磁性顆粒分布， 可見當(dāng)過量的fe2+濃度為 15mmol/l時， fe3o4 顆粒粒徑為最大， 大約 1388nm， c（fe2+）過量越多得到的fe3o4 顆粒粒徑越小。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是：當(dāng)c（oh-） 過量時，過量 oh-吸附剛剛生成的一級粒子，電荷排斥力阻止了粒子進一步長大，因此隨著過量oh- 的濃度逐漸增大， 生成 fe3o4 顆粒的粒徑逐漸

6、減小， 當(dāng) c（fe2+）逐漸過量，反應(yīng)體系的ph值接近 fe3o4 顆粒在 90下的等電點時， 生成一級粒子表面的凈電荷為零，粒子之間斥力最小，所以一級粒子很容易聚集 成團而生成大的顆粒，但隨著fe2+濃度的進一步增大，反應(yīng)體系的 ph值進一步下降，顆粒表面凈電荷增加，顆粒表面斥力隨之增加，顆粒粒徑也逐漸減小。 3.生成物 fe3o4 顆粒磁性比較：采用vsm測量了制品不同尺寸的磁滯回線，得到了各樣品飽和磁化強度（ ms）、剩磁（ mr ）和矯頑力（ hc）數(shù)據(jù)，隨著粒子 fe3o4 尺寸增大， hc 值減小。當(dāng) fe3o4 的粒徑小于 80nm 時為單疇粒子；當(dāng)顆粒尺寸大于單疇臨界尺寸時為

7、多疇結(jié)構(gòu)， h c 較小。隨著粒徑逐漸減小， 由于表面缺陷和表面疇對疇壁位移的阻滯或釘軋效應(yīng) 隨粒徑減小而增大，hc 逐漸增大。隨著粒徑進一步減小，接近和達到單疇臨界尺寸。不同尺寸fe3o4 磁性顆粒制備和表征時， hc 繼續(xù)增大，最終在 4050nm 處達到最大，這與觀察到的實驗結(jié)果相符合。三、結(jié)語用溶膠凝膠法制備粒徑不同的fe3o4 磁性顆粒， 顆粒分布在 351300 nm 之間，通過控制反應(yīng)物中fe2 +和 oh- 的濃度可以控制生成的fe3o4 顆粒尺寸。當(dāng)溶液中fe2+與 oh-正好和 c（oh-）過量時， fe3o4顆粒粒徑在 4050nm 左右，當(dāng) c（fe2+）過量 45mmol/l時，顆粒粒徑在6080nm左右；當(dāng) c（fe2+）過量 33.5mmol/l 時，顆粒粒徑在 280 420 nm左右；當(dāng) c（fe2+）過量很多時，顆粒粒徑會增大到微米級 .采用透射電子顯微鏡觀察其形貌可發(fā)現(xiàn)：在粒徑小于 300nm 時，納米顆粒呈方形，隨著粒徑變大，顆粒呈球形。采用振動樣品磁強計發(fā)現(xiàn)fe3o4粒子矯頑力（ hc）有明顯尺寸依賴性。參考文獻：1 陳克正， 王麗平， 劉興斌.納米微粒在生物制藥領(lǐng)域中