一种钴铁氧体磁性纳米颗粒的制备方法与流程

本发明涉及一种钴铁氧体磁性纳米颗粒的制备方法。

技术背景

钴铁氧体(cofe2o4)具有适中的饱和磁化强度、大的磁晶各向异性常数、较高的矫顽力，并且具有良好的机械性能和化学稳定性，这些独特的性质使得钴铁氧体在核磁共振成像、药物运输、催化剂、高密度磁存储、气体传感器、磁流体等领域得到广泛应用。钴铁氧体的磁性能受到其形貌和尺寸的影响很大，随着钴铁氧体粒径的减小和形状各向异性的提高，用于磁存储材料时可以显著提高记录密度和信噪比。因此，控制钴铁氧体的形貌和尺寸成为提高其磁性能的关键。钴铁氧体传统的制备方法有溶胶-凝胶法、热分解法、共沉淀法等，这些方法虽然可以制备出纳米级的钴铁氧体，但是团聚现象比较严重，粒径分布较大，并且能耗较高，方法比较复杂，难以一步制备出形貌规则，粒径分布窄，矫顽力和饱和磁化强度高的钴铁氧纳米粒子。

技术实现要素：

本发明是为了解决目前的纳米钴铁氧体制备方法复杂、易团聚、分散性差、粒径不可控和结晶度差的技术问题，而提供一种钴铁氧体磁性纳米颗粒的制备方法。

本发明的一种钴铁氧体磁性纳米颗粒的制备方法是按以下步骤进行的：

一、磁力搅拌：将表面活性剂加入到水中，在温度为20℃～30℃的条件下磁力搅拌至形成澄清溶液，然后加入前驱体和络合剂，继续搅拌至形成均相溶液；所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；所述的前驱体由氯化铁和氯化钴组成，且氯化钴和氯化铁的物质的量之比为1:(2～3)；所述的氯化钴和络合剂的物质的量之比为1:(30～35)；所述的络合剂为尿素；

二、水热反应：将步骤一所得的均相溶液转移至内胆为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，密封，然后将反应釜放入到鼓风干燥箱中，在温度为150℃～180℃的条件下水热反应8h～12h；

三、冷却：步骤二的水热反应结束后，在鼓风干燥箱中自然冷却至室温，取出反应釜；

四、洗涤：

①、将步骤三反应釜中冷却后的产物放入离心管中，以6500r/min的转速离心3min～5min，保留固体，加入乙醇水溶液，超声均匀，然后以6500r/min的转速离心3min～5min，保留固体；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:2；

②、继续加入乙醇水溶液，超声均匀，然后以6500r/min的转速离心3min～5min，保留固体；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:2；

③、重复步骤四②的过程2次～3次，保留固体，得到洗涤后的产物；

五、干燥：将步骤四洗涤后的产物放入真空干燥箱中，在真空和温度为60℃～70℃的条件下干燥3h～4h，得到黑色钴铁氧纳米颗粒。

本发明采用一种简单的水热合成方法，制备了尺寸可控，分散均匀，结晶良好的高矫顽力钴铁氧纳米颗粒，且装置操作简单，原料成本低廉，易于工业化生产。该材料在核磁共振成像、药物运输、催化剂、高密度磁存储、气体传感器、磁流体等领域具有潜在的应用价值。

本发明采用简单的水热合成法，以ctab(十六烷基三甲基溴化铵)为表面活性剂，尿素为络合剂，在反应釜中高温高压条件下一步制备得到了具有优异磁性能的高矫顽力钴铁氧纳米颗粒，并且还可以通过调节前驱体浓度，反应温度和反应时间从而进一步调节产物的磁性能、形貌和尺寸。

附图说明

图1是试验一制备的黑色钴铁氧纳米颗粒的sem照片；

图2是试验一制备的黑色钴铁氧纳米颗粒的eds谱图；

图3是试验一制备的黑色钴铁氧纳米颗粒的x射线衍射花样；

图4是试验一制备的黑色钴铁氧纳米颗粒的vsm曲线图。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式为一种钴铁氧体磁性纳米颗粒的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、磁力搅拌：将表面活性剂加入到水中，在温度为20℃～30℃的条件下磁力搅拌至形成澄清溶液，然后加入前驱体和络合剂，继续搅拌至形成均相溶液；所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；所述的前驱体由氯化铁和氯化钴组成，且氯化钴和氯化铁的物质的量之比为1:(2～3)；所述的氯化钴和络合剂的物质的量之比为1:(30～35)；所述的络合剂为尿素；

二、水热反应：将步骤一所得的均相溶液转移至内胆为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，密封，然后将反应釜放入到鼓风干燥箱中，在温度为150℃～180℃的条件下水热反应8h～12h；

三、冷却：步骤二的水热反应结束后，在鼓风干燥箱中自然冷却至室温，取出反应釜；

四、洗涤：

①、将步骤三反应釜中冷却后的产物放入离心管中，以6500r/min的转速离心3min～5min，保留固体，加入乙醇水溶液，超声均匀，然后以6500r/min的转速离心3min～5min，保留固体；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:2；

②、继续加入乙醇水溶液，超声均匀，然后以6500r/min的转速离心3min～5min，保留固体；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:2；

③、重复步骤四②的过程2次～3次，保留固体，得到洗涤后的产物；

五、干燥：将步骤四洗涤后的产物放入真空干燥箱中，在真空和温度为60℃～70℃的条件下干燥3h～4h，得到黑色钴铁氧纳米颗粒。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的前驱体由氯化铁和氯化钴组成，且氯化钴和氯化铁的物质的量之比为1:2。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的氯化钴和络合剂的物质的量之比为1:30。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中将步骤一所得的均相溶液转移至内胆为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，密封，然后将反应釜放入到鼓风干燥箱中，在温度为180℃的条件下水热反应8h。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤五中将步骤四离心后的产物放入真空干燥箱中，在真空和温度为60℃的条件下干燥3h，得到黑色钴铁氧纳米颗粒。其它与具体实施方式一相同。

通过以下试验验证本发明的效果：

试验一：本试验为一种钴铁氧体磁性纳米颗粒的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、磁力搅拌：将表面活性剂加入到水中，在温度为30℃的条件下磁力搅拌至形成澄清溶液，然后加入前驱体和络合剂，继续搅拌至形成均相溶液；所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；所述的前驱体由氯化铁和氯化钴组成，且氯化钴和氯化铁的物质的量之比为1:2；所述的氯化钴和络合剂的物质的量之比为1:30；所述的络合剂为尿素；

二、水热反应：将步骤一所得的均相溶液转移至内胆为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，密封，然后将反应釜放入到鼓风干燥箱中，在温度为150℃的条件下水热反应12h；

三、冷却：步骤二的水热反应结束后，在鼓风干燥箱中自然冷却至室温，取出反应釜；

四、洗涤：

①、将步骤三反应釜中冷却后的产物放入离心管中，以6500r/min的转速离心3min，保留固体，加入乙醇水溶液，超声均匀，然后以6500r/min的转速离心3min～5min，保留固体；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:2；

②、继续加入乙醇水溶液，超声均匀，然后以6500r/min的转速离心3min，保留固体；所述的乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:2；

③、重复步骤四②的过程2次，保留固体，得到洗涤后的产物；

五、干燥：将步骤四洗涤后的产物放入真空干燥箱中，在真空和温度为60℃的条件下干燥3h，得到黑色钴铁氧纳米颗粒。

图1是试验一制备的黑色钴铁氧纳米颗粒的sem照片，可以看出cofe2o4纳米颗粒分散均匀，形貌规整，粒径分布窄，直径约为60nm。

图2是试验一制备的黑色钴铁氧纳米颗粒的eds谱图，表1是相应的数据，可以看出，产物中含有铁与钴元素，且原子百分比接近2:1。

表1

图3是试验一制备的黑色钴铁氧纳米颗粒的x射线衍射花样，从图中可以看出，峰形尖锐，强度很高，说明所得样品有很好的结晶度；所有衍射峰与立方相钴铁氧体的标准衍射峰一致，这证实形成的产物是纯相化合物。

图4是试验一制备的黑色钴铁氧纳米颗粒的vsm曲线图，可以看出钴铁氧纳米颗粒具有较大的矫顽力与饱和磁化强度，hc＝3.57koe，ms＝34.74emu/g。