磁性纳米Fe3O4制备及其应用研究进展

王磊+林楚宏+戚政武+蔡阳伦

摘 要：介绍磁性纳米Fe3O4的制备方法，包括化学共沉淀法、溶剂热法/水热法、微乳液法、溶胶-凝胶法、微乳液法等，并對制备方法的特点进行阐述；在此基础上对纳米磁性Fe3O4在磁流体、复合材料等运用进行论述。

关键词：磁性纳米；四氧化三铁；磁流体；复合材料

Fe3O4是一种呈反尖晶石结构的磁性铁氧体，具有独特的化学性质和物理性质，纳米Fe3O4具有优良表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应[1]，当Fe3O4 颗粒小至超顺磁临界尺寸时具有高的矫顽力，这些优异的性能赋予纳米Fe3O4广泛应用在磁流体、生物医学材料、催化剂载体、高梯度磁分离器、吸波材料、静电复印等领域。纳米Fe3O4因其制备方法的不同所应用的领域也不同，目前纳米Fe3O4主要制备方法有共沉淀法、溶剂热法、微乳液法、水热法、机械研磨等。本文就Fe3O4得制备方法及其应用进行陈述。

1 磁性纳米Fe3O4的制备方法

1.1 化学共沉淀法

化学共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种金属离子，在均相溶液中加入沉淀剂生成各种成份均一的沉淀，是制备两种或两种以上金属元素复合氧化物超细粉体的重要方法。其原理是：

Fe2++2Fe3+→Fe3O4+4H2O

将Fe2+和Fe3+以一定比例混合后用过量的NaOH或NH3·H2O作沉淀剂，在一定PH下，高速搅拌反应，最后离心、洗涤、干燥得到目标产物，由于共沉淀法在液相反应中容易发生团聚现象，研究人员在加入沉淀剂的同时溶入了少量的表面活性剂，如油酸、十二烷基苯磺酸钠等。

林木兰[2]等人通过液相共沉淀法制备Fe3O4磁流体，在油酸包覆下使Fe3O4均一分散在有机溶剂中，制得平均粒径为16.3nm有机基磁流体的纳米Fe3O4；苑星海[3]等人分别用NaOH和NH3·H2O作沉淀剂，加入Fe2+和Fe3+混合溶液控制不同温度下制备尺寸为8～12nm，陈明浩[4]等人将Fe2+和Fe3+氯化物溶液在水浴加热、剧烈搅拌条件下滴加NH3·H2O，干燥研磨制得饱和磁化强度达到91.37emμ/g的纳米磁性粉体。程三旭[5]等通过反向共沉淀法制备纳米Fe3O4，在Fe2+和Fe3+和溶液中高速搅拌并在N2保护下滴加NaOH，在不同温度、PH制备粒径为7～15nm，饱和磁化强度约43.4emμ/g的超顺磁纳米Fe3O4。

1.2 溶剂热法/水热法

溶剂热法是指在密闭反应器中以容积为介质，在高温高压条件下，使难溶、不溶物质溶解反应重结晶得到目标产物，溶解热法对设备要求高，产品纯度高，磁性能高。

杨华[6]等通过水热法将Fe2+和Fe3+氯化物溶液混合溶解，在水浴滴加NaOH调节PH，反应得到的前驱产物在水热反应釜中继续反应制得平均粒径35nm，饱和磁化强度80Am2/Kg的水基纳米Fe3O4磁流体；刘鹏[7]等通过溶剂热法，以乙二醇为溶剂，在200℃高温反应釜反应磁分离得到单分散纳米级、高亲水性、饱和磁化强度磁性88.47emμ/g磁性Fe3O4；苏雅拉[8]等以无水乙醇为溶剂，将Fe（NO3）3与尿素结合成尿素铁，在高压反应釜中，在200℃制得饱和磁化强度57A·m2/Kg、最大孔径5.3nm、孔容0.3gcm3/g、比表面积120cm2/g的介孔结构超顺磁纳米Fe3O4。

1.3 微乳液法

微乳液法是指在两种互不相容的溶剂在表面活性剂的作用下形成微小乳滴，反应在乳滴内部独立经历成核，可得到单分散、界面性好的纳米粒子。

宋丽贤[9]应用双乳液混合法，以AEO9为表面活性剂、环己烷为油相，正丁醇做助溶剂，与Fe2+、Fe3+和NaOH水溶液形成W/O微乳液。在N2保护下，快速搅拌向微乳液结构的混合溶液滴加NaOH，调节PH值，可制备纯度高、单分散、饱和磁化强度为66A·m2/Kg，平均粒径为24nm的超顺磁纳米Fe3O4；赵增宝[10]等以十二烷基苯磺酸钠做表面活性剂，甲苯做油相，将Fe2+和Fe3+与表面活性剂、油相混合，在强烈搅拌下形成微乳液，缓慢滴加NaOH，调节PH，在加入乙醇，制得黑色纳米Fe3O4，该反应下的微乳液容易发生团聚，粒径较大。杜雪岩等[11]利用乙酰丙酮铁与多元醇还原法，在反应体系中加入1，2-十二烷乙醇，乙醇，再与乳化剂油酸、油胺和二苄醚强烈搅拌形成微乳液，在200℃高温下反应制得平均粒径6.0nm的亲油基磁性Fe3O4。

1.4 溶胶-凝胶法

溶胶凝胶法是指原料在溶剂中经过水解生成活性单体，单体之间聚合形成凝胶，经过陈化生成具有一定空间结构的凝胶，干燥、热处理制得纳米材料。

周洁等[12]以FeSO4溶液倒入含有KNO3的KOH溶液中，形成溶胶-凝胶效应，经过水浴陈化得到黑色Fe3O4凝胶溶液，再分离干燥得到产品，该方法通过控制温度、Fe2+浓度、OH-浓度合成粒径在35～1300nm之间的磁性Fe3O4；贾燕燕[13]以H2O为溶剂将FeCl2·H2O以水/环氧丙烷按比例混合强烈搅拌形成溶胶-凝胶体系，在通入空气，滴加氨水强烈搅拌生成纳米Fe3O4，平均粒径45nm，但分布宽，选用乙醇做溶剂，可得到单分散粒径为3.5nm的Fe3O4纳米粒子。

1.5 其他方法

其他方法还有研磨法、Massart水解法等。

英延照等[14]采用星球磨机，以水为介质，球磨得到15nm左右的纳米Fe3O4，生产的重现性较好，但球磨机通过强烈塑性形变使Fe3O4形貌发生晶格畸变；邱星屏等[15]采用Massart合成法将Fe2+ 和Fe3+氯化物混合，滴加NH3·H20，水洗得到大小分布均匀、粒径在5～10nm之间、饱和磁化强度69A·m2/Kg的黑色纳米Fe3O4，但晶体粒子不规则。

2 磁性纳米Fe3O4的运用