专利名称：一种水基酸性钴铁氧体CoFe的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水基酸性钴铁氧体CoFe2O4磁性液体的制备方法。
背景技术：
磁性液体又称为磁流体，是由强磁性微粒和基液(也称载液)组成的具有磁性和液体流动性的均匀悬浮液体。作为新型的功能材料，具有光学性质、流变学性质、磁学性质等可受外磁场调控的特点，在工程技术、医学、生物等许多领域有着广泛的应用前景。
常温下，磁性微粒的密度一般大于液体，在重力作用下，容易出现微粒与基液分离的沉淀。为了获得微粒稳定悬浮的磁性液体，磁性微粒必须为纳米量级。这样，当微粒分散于基液中时，由于无规布朗运动大于重力沉降作用，才可能保证磁性微粒稳定的悬浮于基液中。但是，纳米微粒由于表面能大，具有自发聚集形成大微粒的趋势。随着微粒增大，无规布朗运动减弱，重力效应变强，从而造成无规布朗运动小于重力作用，微粒随之发生沉淀。强磁性纳米微粒之间还存在静磁相互作用，这也会加剧聚集形成大微粒。因此，磁性液体的制备方法中主要包括强磁性纳米微粒的制取和团聚作用的阻止。已知的磁性液体根据克服由于聚集而导致沉降的不同机制可分为两类一类是磁性微粒表面包裹一层长链的表面活性剂以克服微粒之间的团聚作用；另一类是磁性微粒表面吸附氢离子(H+)或氢氧根离子(OH-)，通过静电排斥作用来克服微粒间的团聚作用。这两类磁性液体的制备都需在制取磁性纳米微粒后，要对微粒进行特殊处理，才能合成磁性液体，其制备过程都比较复杂，成本较高，废弃物的有害成分(主要是酸或碱)浓度较高、量较大。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种新的水基酸性钴铁氧体CoFe2O4磁性液体的制备方法，在磁性纳米微粒的制取至磁性液体的获得没有复杂的微粒特殊处理的中间过程，因此制备方法简单，成本低廉，废弃物较少且有害成分浓度较低。
本发明的具体制备方法如下第I步 配置FeCl3水溶液(溶液1)、Co(NO3)2水溶液(溶液2)，并按每升Co(NO3)2加2-8摩尔HCl的比例加入HCl，另外配置NaOH水溶液(溶液3)。
第II步 先根据Fe、Co摩尔比为2∶1选取适量的溶液1和溶液2，将溶液1倒入溶液2中得到溶液2′。再根据溶液2′与溶液3的体积比为1∶5-15选取适量的溶液3，在搅拌下将溶液2′快速倒入溶液3中得到溶液3′。
第III步 首先在搅拌下加热溶液3′至沸腾。保持沸腾0.5-1.5分钟，然后停止加热，自然冷却至室温。冷却过程中，底部逐渐有黑色沉淀析出。1小时后，上部溶液变为清亮液体，下部为黑色CoFe2O4微粒沉淀。
第IV步 倒掉清液，留下沉淀物，加入约5倍体积的0.01M HNO3于沉淀物中，搅动0.5-2.0分钟，然后离心分离(1000-1200转/分)，倒去上部清液。此过程多次进行，直至离心后的上部清液的pH＝7～8。
第V步 根据所需配置磁性液体的微粒体积比φV，加入相应浓度C的HNO3水溶液于清洗后的微粒中，充分搅拌混合，便可得到磁性液体。φV与C的关系见公式(2)。
在此种水基磁性液体中，CoFe2O4纳米微粒由于酸蚀形成表面疏松的带电粘性层。这个表层阻止了微粒之间的团聚，从而使微粒在布朗运动作用下悬浮于基液中形成稳定的磁性液体。
本发明的技术关键1.第I～III步骤搅拌必须充分，以利于铁氧体微粒的形成。2.合成时基液的酸浓度的选择合适。酸浓度过高，会使CoFe2O4微粒严重分解，以致不能形成磁性液体；酸的浓度过低，不能产生有效的带电表面粘性层以克服微粒间的团聚，微粒将因团聚而沉降。基液的酸浓度选择通过H+与金属原子(Co、Fe)的摩尔比确定Q=[H+][Fe(III)+Co(II)]---(1)]]>酸浓度C的选择为 式中φV为磁性液体中的微粒体积分数 (2)式表明，根据欲合成磁性液体的不同微粒体积分数，应选择不同的基液的HNO3浓度。设微粒体积为V，则配制一定φV的磁性液体所需体积V′为V′=1-φVφVV---(4)]]>在本发明中，(2)式和(4)式两个关系式说明了若微粒体积V一定，可设计合成不同φV的磁性液体。由于在此制备方法中Q值是恒定的，因此磁性液体的pH值也是恒定的。实验表明，pH恒为2.7。
本发明所具有的优点是1、本法在磁性纳米微粒的制取至磁性液体的获得没有复杂的微粒特殊处理的中间过程，因此制备方法简单，易于流水作业，成本低廉。
2本法中磁性液体的基本参数φV只与基液的酸浓度C相关，可方便的制取不同φV的磁性液体。
3本法中影响磁性液体产物的性能的因素少，敏感度低，易于保持产物性质的一致性。
4本法置备磁性液体的过程中，废弃物少，酸、碱浓度低，对环境几乎无影响。
5本法置备的磁性液体可能在生物、医药、工程领域及改造传统产业中产生应用价值。
图1是本发明水基酸性钴铁氧体CoFe2O4磁性液体的制备流程图。
具体实施例方式
下面结合制备流程图和实例对本发明做进一步说明。
实施例1(I)配液溶液1 用FeCl3·6H2O(纯度98.06％)配置1M浓度的FeCl3水溶液。
溶液2 用Co(NO3)2·H2O(纯度97.00％)配置2M浓度的Co(NO3)2水溶液，并按[5M HCl/1升Co(NO3)2水溶液]比例加入适量的HCl。
溶液3 用NaOH(纯度96.00％)配置0.7M浓度的NaOH水溶液。(II)混合按Fe与Co的摩尔比为2∶1的比率选取溶液1和溶液2，将溶液1倒入溶液2中，得到溶液2′。
按溶液2′与溶液3的体积比为1∶11的比率选取溶液3。搅拌条件下将溶液2′快速(不超过10秒)倒入溶液3中。继续搅拌10分钟后得溶液3′。(III)反应在搅拌条件下，将溶液3′升温至沸腾，保持沸腾1分钟。随后停止加热及搅拌，自然冷却至室温，冷却过程中逐渐出现黑色CoFe2O4微粒沉淀。1小时后，沉淀完全分层上部为清液，下部为黑色沉淀物。(IV)清洗倒掉反应产物中的上部清液，保留下沉淀物。加入体积5倍于沉淀物的0.01M HNO3水溶液，搅动0.5分钟。离心分离(转速为1000～1200转/分)3分钟后倒掉上部清液。反复数次，直至离心后的上部清液的pH＝7～8。(V)合成根据所需配置的磁性液体φV，以及已获得的微粒的体积，由(2)式确定基液的浓度C，由(4)式选择基液的量V′。然后将基液加于清洗后的微粒中，充分搅拌混合，便得到稳定的磁性液体。
权利要求
1.一种水基酸性钴铁氧体CoFe2O4磁性液体的制备方法第I步 配置FeCl3水溶液1、Co(NO3)2水溶液2，并按每升Co(NO3)2加2-8摩尔HCl的比例加入HCl，另外配置NaOH水溶液3；第II步 先根据Fe、Co摩尔比为2∶1选取溶液1和溶液2，将溶液1倒入溶液2中得到溶液2′；再根据溶液2′与溶液3的体积比为1∶5～15选取溶液3，在搅拌下将溶液2′快速倒入溶液3中得到溶液3′；第III步 首先在搅拌下加热溶液3′至沸腾；保持沸腾0.5～1.5分钟，然后停止加热，自然冷却至室温；1小时后，上部溶液变为清亮液体，下部为黑色CoFe2O4微粒沉淀；第IV步 倒掉清液，留下沉淀物，加入约5倍体积的0.01M HNO3于沉淀物中，搅动0.5～2分钟，然后离心分离(1000-1200转/分)，倒去上部清液；此过程多次进行，直至离心后的上部清液的pH＝7～8；第V步 根据所需配置磁性液体的微粒体积比φV，加入相应浓度C的HNO3水溶液于清洗后的微粒中，充分搅拌混合，便可得到磁性液体。φV与C的关系见公式 其中Q为氢离子与钴铁原子的比值，是本法置备磁性液体的品质因素。
全文摘要
本发明提出了一种新的水基酸性钴铁氧体CoFe
文档编号H01F1/44GK1413945SQ0213386
公开日2003年4月30日 申请日期2002年9月29日 优先权日2002年9月29日
发明者李建, 戴大临 申请人:西南师范大学