纳米四氧化三铁制备的研究进展

纳米磁性四氧化三铁是一种重要的尖晶石型铁氧体, 无论在基本物理理论上还是实际应用中都有广泛用途。制备Fe3O4的方法很多, 人们也一直在寻找简便有效的超细Fe3O4粒子制备方法。

1 球磨法[1]

可分为普通球磨法和高能球磨法两类。普通球磨法是指在球磨机中, 将粒度为几十微米的Fe3O4粗颗粒通过钢球之间或钢球与研磨罐内壁之间的撞击, 将其破碎成细颗粒。高能球磨法是利用高能球磨机对原料进行机械合金化, 把原料合成纳米尖晶石型铁氧体。球磨法产物晶粒尺寸不均匀, 易引入杂质。

2 沉淀法[2~3]

沉淀法是通过加入适当的沉淀剂使铁盐的有效成份生成沉淀得到Fe3O4的方法。主要包括共沉淀法[2]和超声沉淀法[3]。共沉淀法是指把含一定配比Fe2+和Fe3+的硅酸盐或氯化物溶液, 用过量的碱溶液高速搅拌进行沉淀反应, 制得纳米Fe3O4微粒。该方法制备的Fe3O4纳米粒子易产生团聚。超声沉淀法是用超声波所产生“超声波气泡”, 爆炸后释放出的巨大能量将产生局部的高温高压环境和具有强烈冲击的微射流, 以实现液相均匀混合, 消除局部浓度不均, 提高反应速度, 刺激新相的生成。另外, 强烈的微射流还可对团聚起到剪切的作用, 打碎团聚, 有利于小颗粒生成。

3 微乳液法[4]

由表面活性剂、油相、水相及助溶剂等在适当比例下形成油包水 (W/O) 或水包油 (O/W) 型微乳液, 化学反应被限制在微乳液的水核 (微型反应器) 内部, 有效避免颗粒之间发生团聚。用微乳液法制备的纳米磁性Fe3O4粒径均匀、粒径较小、分散性好且多为球形。但耗用大量乳化剂、产率低, 因此价格昂贵, 不适于大量生产。

4 水热法/溶剂热[5]

水热法/溶剂热法是在特制的密闭反应容器 (高压釜) 里, 采用水溶液 (或有机溶剂) 为反应介质, 通过对反应容器加热, 创造一个高温、高压的反应环境, 使得通常难溶或不溶的物质溶解、反应并重结晶, 从而得到Fe3O4, 再经分离和热处理得到纳米粒子。该方法具有原料易得、粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控及成本相对较低等优点而被广泛使用。

5 水解法[6]

可分为Massart水解法和滴定水解法两类。Massart水解法是指将摩尔比为1∶2的Fe2+与Fe3+混合溶液直接加入到强碱性的水溶液中形成Fe3O4。该方法制备的Fe3O4粒子形态各异、粒径分布较宽。滴定水解法是将稀碱溶液滴加到摩尔比为1∶2的Fe2+与Fe3+混合溶液中, 使铁盐溶液p H值达到6~7后水解生成Fe3O4。该方法制备Fe3O4纳米粒子主要为球形结构, 粒子大小均匀。

6 氧化法[7]

氧化法是制备超细Fe3O4的最常用方法, 是将一定浓度的铁盐及碱液, 经混合沉淀生成Fe (OH) 2, 恒温下通空气搅拌, 将Fe (OH) 2中Fe2+部分氧化成Fe3+而直接获得Fe3O4微粉, 但合成的Fe3O4粒度均匀性还有待于进一步解决。

7 高温分解法[8]

高温分解铁有机物法是将铁的前驱体 (如Fe (CO) 5, Fe (Cu P) 3等) 高温分解产生铁原子生成铁纳米颗粒, 将铁纳米颗粒控制氧化得到氧化铁。这种方法制得的纳米颗粒结晶度高、粒径可控且分布很窄。

8 溶胶-凝胶法[9]

利用金属醇盐水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶, 再浓缩成透明凝胶, 经干燥、热处理得到氧化物超微粉。该方法可在低温下制备纯度高、粒径均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级混合物, 以及可制备传统方法不能或难以制得的产物等优点, 而使其得到了广泛的应用。但前驱体的金属醇盐毒性大、对痕量的水分敏感且价格昂贵。

9 结语

Fe3O4特殊的晶体结构和独特的磁性与电学性质为其确立了科研和工业应用的良好基础, 有关Fe3O4纳米材料制备、结构、性质及应用的研究成为材料科学领域的研究热点。科技进步和社会发展要求更适合时代要求的规模化制备方法, 将一直是科研工作者的研究课题。

摘要：Fe3O4具有较强的微波吸收功能, 能够吸收一定频率的微波辐射, 可在军事领域作为舰船和飞机隐身涂料使用。本文对Fe3O4制备研究现状进行总结。

关键词：纳米,四氧化三铁,吸波材料

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