[發明專利]一種磁性納米顆粒形貌控制的方法

有效

• 申請號: 201210205994.1
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102744419A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 杜娟;邊寶茹;閆阿儒;劉平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B22F9/30
• 分類號: B22F9/30
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明屬于磁性納米顆粒制備技術領域，尤其涉及一種利用化學熱分解法制備磁性納米顆粒時控制顆粒形貌的方法。

背景技術

磁性納米材料的研究始于20世紀70年代。經過多年的積累與不斷發展，磁性納米材料已經成為最具生命力和廣闊應用前景的新型磁性材料之一。與常規的磁性材料相比較，磁性納米材料具有一些獨特的性質，其原因是磁性相關的特征物理長度恰好處于納米量級，例如：磁單疇的大小、超順磁性臨界尺寸、電子平均自由程以及交換作用長度等大致都處于1-100nm之間，當磁性體的尺寸與這些特征物理長度相當時，就會呈現出一些異常的磁學特性，例如：超順磁性、低居里溫度、高矯頑力和高磁化率等，因此磁性納米材料日益受到人們的關注，其典型的應用領域包括磁記錄、磁分離技術（如污水處理）、磁流體，以及生物醫藥領域等。

磁性納米材料中磁性納米顆粒的形貌對其在各種領域的應用都至關重要，例如在催化應用領域中，不同形貌的顆粒其表面會裸露出不同的晶面，不同晶面會導致其催化行為的大大不同。顆粒的形貌對它的自組裝行為也有著非常明顯的影響，這一特性對于有望用于磁記錄領域的磁性納米顆粒，例如FePt等也有很重要的實際意義。

目前，制備磁性納米顆粒的方法有很多，主要包括物理方法和化學方法。其中物理方法制備出的納米合金顆粒存在粒徑分布范圍大、純度低及易氧化等缺點，難以應用于諸如生物醫藥等特殊領域。化學方法中的化學熱分解法簡單易行，制備得到的磁性納米顆粒具有形貌尺寸易于控制、在液體溶劑中易于分離等優點，因此被廣泛應用。

目前，采用化學熱分解法制備磁性納米顆粒時，控制磁性納米顆粒形貌的方法主要包括：（1）改變表面活性劑的種類、使用比例以及加入順序等。例如，采用化學熱分解法制備磁性FePt納米顆粒的過程中，油酸和油胺是最常用的兩種表面活性劑，當油酸和/或油胺的用量不同，以及加入順序不同都會影響FePt顆粒的形貌。（2）對于某些磁性納米顆粒，使用不同的溶劑也可以對顆粒的形貌進行調控，例如，對于磁性FePt納米顆粒而言，采用二芐醚做溶劑可以得到立方形的納米顆粒，采用辛醚做溶劑可以得到球形的納米顆粒，采用十八烷做溶劑可以得到納米線。（3）此外，通過對金屬前軀體的種類、反應溶劑的加熱速度、反應溫度和時間等中的一種或多種進行調控也能夠實現對納米顆粒形貌的控制。

通過以上各種方法雖然能夠控制磁性納米顆粒的形貌，但是調控過程中變量較多、需要對較多參數進行調控，控制較復雜。本發明提供了一種只需改變反應的恒溫溫度即可實現磁性納米顆粒的形貌控制的方法。

發明內容

本發明的技術目的是針對上述制備磁性納米顆粒過程中對于顆粒形貌調控的技術現狀，提供一種采用化學熱分解法制備磁性納米顆粒時控制顆粒形貌的方法，該方法操作簡單易行，能夠實現球形、立方形、棒狀、多面體等形貌的磁性納米顆粒的制備。

本發明實現上述技術目的所采用的技術方案為：一種磁性納米顆粒形貌控制的方法，該方法在采用化學熱分解法制備磁性納米顆粒的過程中：首先按照化學計量比稱取各金屬元素對應的金屬前軀體，然后將該金屬前驅體、反應溶劑以及表面活性劑均勻混合后升溫進行化學熱分解反應，當溫度升高至某一溫度后恒溫保持一定時間，接著離心分離，得到磁性納米顆粒，通過控制該恒溫溫度而控制所得到的磁性納米顆粒的形貌。

上述技術方案中：

采用現有的化學熱分解法制備磁性納米金屬顆粒，其中磁性納米金屬顆粒包括一元金屬的磁性納米顆粒、二元或者多元金屬合金的磁性納米顆粒，包括但不限于Fe、Co、Ni、Mn等過渡金屬元素，以及Gd、Tb、Dy、Sm、Nd、Pr等稀土金屬元素中的任意一種或者兩種以上的混合元素；

所述的表面活性劑種類不限，常用的表面活性劑包括但不限于油酸、油胺等長鏈有機酸、長鏈有機胺等，以及CTAB等常用表面活性劑；

所述的反應溶劑種類不限，常用的反應溶劑包括但不限于二芐醚或者辛醚等高沸點有機溶劑；

所述的金屬前驅體是金屬合金中各對應元素的前軀體，通過化學熱分解法能夠得到所述金屬合金顆粒的金屬前驅體均能實現本發明，常用的金屬前驅體包括金屬元素的羰基物、乙酰丙酮鹽，油酸鹽等金屬的有機鹽；

為了提高金屬前驅體在反應溶劑中的溶解，優選將金屬前驅體的至少一部分與反應溶劑混合后升溫至初始溫度，恒溫保溫一定時間后加入其余金屬前驅體與表面活性劑，再升溫進行化學熱分解反應。作為優選，所述的初始溫度為100℃～130℃，升溫至初始溫度的速率優選為2℃～20℃/分鐘。