[發明專利]一種四氧化三鐵單層納米膜的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201911140811.0
• 申請日: 2019-11-20
• 公開（公告）號: CN110853865B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 胥傳來;蔡佳蓉;匡華;徐麗廣;馬偉;孫茂忠;劉麗強;吳曉玲;宋珊珊;胡擁明
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01F10/00
• 分類號: H01F10/00;H01F10/20;H01F41/30;B82Y40/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 時旭丹;張仕婷

一種四氧化三鐵單層納米膜的制備方法及其應用，屬于納米材料自組裝和離子通道研究領域。本發明首先以油酸鐵為前聚體，油酸為配體，合成油相四氧化三鐵納米顆粒；然后通過二乙二醇高溫轉相，獲得表面為聚丙烯酸的水溶性四氧化三鐵納米顆粒；將獲得的水相四氧化三鐵納米顆粒在液?液界面進行自組裝獲得有序的四氧化三鐵單層納米薄膜。采用四氧化三鐵單層納米膜制備四氧化三鐵納米通道，通過線性掃描方法，測試其電流?電壓曲線；其電化學測試時具備離子選擇性。本發明提供了精準可控的二維四氧化三鐵材料的制備方法，也表明了四氧化三鐵納米薄膜在離子通道研究領域的巨大的應用潛力，為磁響應納米通道的研究提供了新的思路。

技術領域

本發明涉及一種四氧化三鐵單層納米膜的制備方法及其應用，屬于納米材料自組裝和離子通道研究領域。

背景技術

半金屬磁體是目前備受關注的一類新型材料，其中四氧化三鐵（Fe₃O₄）是一種非常重要的3D過渡金屬氧化物。四氧化三鐵在低于居里溫度的條件下，會表現出亞鐵磁有序的特性。這一特性為磁響應設備的制備提供了可能，被廣泛應用于磁記錄、疾病靶向、磁成像等各個領域。

四氧化三鐵納米顆粒具有簡單的晶體結構，穩定的相結構，比一般的金屬材料更耐氧化，而且，為了進一步提高電子器件的集成化，有序的磁性納米顆粒膜成為了四氧化三鐵研究領域的新目標。目前已經有四氧化三鐵薄膜的制備工藝，但是獲得的四氧化三鐵膜是無序的結構組成，從而限制了四氧化三鐵薄膜應用性能的提升。基于此，我們提出了一種制備單層有序四氧化三鐵薄膜的新方法。

機體通過控制離子通道的打開或關閉能夠確保機體內跨細胞膜的物質交換和電化學信號的產生。為了更深入的理解離子通道的信號傳輸機制，現有技術研究了仿生的固體納米通道。這些納米通道能夠模擬細胞膜上的生物離子通道，通過外界各種刺激，如光、電、溫度、pH及化學物質，對離子通道的刺激進行響應，但是目前關于磁場對納米通道刺激影響的研究很少。

眾所周知的，地球是一個大磁場。鴿子可以通過磁場作用進行定位，這一現象被認為與鴿子皮膚和耳朵內的磁感受器通道有關。因此，制備一種具有磁響應特性的四氧化三鐵的納米薄膜，就為磁響應的離子通道機制的研究提供了可能。

發明內容

本發明的目的是提供一種四氧化三鐵單層納米膜的制備方法及其應用，制備的納米通道表現出一定的離子選擇特性。

本發明的技術方案：本發明提供了一種四氧化三鐵單層納米膜的制備方法，首先以油酸鐵為前聚體，油酸為配體，合成油相四氧化三鐵納米顆粒；然后通過二乙二醇高溫轉相，獲得表面為聚丙烯酸的水溶性四氧化三鐵納米顆粒；將獲得的水相四氧化三鐵納米顆粒在液-液界面進行自組裝獲得有序的四氧化三鐵單層納米薄膜。

步驟為：

（1）油相四氧化三鐵納米顆粒的合成：以油酸鐵為前聚體，將干燥好的油酸鐵加入油酸、十八烯中，反應物在高溫下反應，降溫冷卻后清洗表面多余的有機配體，即制備獲得粒徑為15nm的油相四氧化三鐵納米顆粒；

（2）水相四氧化三鐵納米顆粒的合成：將步驟（1）制備好的油相四氧化三鐵和PAA加入DEG溶液中，高溫轉相，冷卻后超濾即可獲得水相四氧化三鐵納米顆粒；

（3）有序四氧化三鐵單層納米膜的制備：將步驟（2）制得的水相四氧化三鐵納米顆粒加入燒杯，向其中注入正己烷溶液，形成液-液界面；形成界面后向其中加無水乙醇，四氧化三鐵納米顆粒逐漸在界面處自組裝，形成有序的四氧化三鐵單層納米膜。

在本發明的一種實施方式中，步驟（1）具體過程如下：

a、取10.8g的氯化鐵和36.5g油酸鈉中加入80mL無水乙醇、60mL水和100mL正己烷，在70℃下水浴反應；用分液漏斗清洗后，在真空干燥箱中干燥獲得蠟狀的油酸鐵前聚體；