一种制备球形Fe3O4纳米磁粉颗粒的方法与流程

本发明涉及一种制备不同直径大小球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒的方法，属于磁粉检测用材料的制备领域。

背景技术：

磁粉检测是利用铁磁性工件被磁化后，由于不连续性的存在，使得工件表面和近表面的磁感应线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，因此磁粉作为漏磁场的传感器，检测不连续的位置、大小和方向显得尤为重要。通常磁粉应由不同形状组成，球形磁粉能够提供良好的流动性，可以跳跃着向着漏磁场处聚集。通常，不同直径大小的球形Fe₃O₄磁粉颗粒制备方法主要是利用溶剂热反应通过控制原始反应物的浓度、控制反应的时间来实现，这些方法需要消耗较多物料，增加了能耗，成本较高，不利于不同直径大小的球形Fe₃O₄磁粉颗粒的大规模生产。

中国专利CN1645530A公开了一种合成系列单分散铁酸盐纳米磁珠的方法，其包括如下步骤：将可溶性三价铁离子盐加入到乙二醇溶液中，配成0.05-0.4mol/l的澄清溶液中，然后将该溶液放入密闭加热器中，在200-300℃条件下进行溶剂热反应，加热时间为8-72小时，将所得产物用去离子水洗涤，在40-80℃烘干，制得单分散 Fe₃O₄纳米磁珠。这种制备不同直径大小Fe₃O₄纳米球的主要方法是通过控制调节加热炉反应时间，获得不同大小Fe₃O₄纳米磁珠，这种方法需要的能耗较高，反应时间较长，不经济环保。中国专利CN101381109A公开了球形Fe₃O₄纳米粉体的制备方法，该方法的主要特征在于：配置亚铁盐的水溶液，加热，搅拌，调节PH值4.0-8.0，然后加入装有气体分布器的反应器中，搅拌，通入空气5-15min后加入NH₄NO₂或 NaNO₂，调节反应的PH值为8-14后，反应1.0-5.0h，固液分离后，用去离子水洗涤，干燥制得球形Fe₃O₄纳米粉体。但这种方法需要添加催化剂NH₄NO₂或NaNO₂，所制备的球形Fe₃O₄纳米粉体直径为100nm左右，不利于制备不同直径大小的球形 Fe₃O₄纳米粉体。

技术实现要素：

本发明提供了一种制备球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒制备方法，本发明原料易得，反应时间短，减少了反应过程中的能耗，本发明提出了一种有别于现有技术中主要通过控制原始反应物的浓度、延长反应时间来调控球形Fe₃O₄磁粉颗粒的直径大小的新的制备球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒的方法。

本发明的一种制备球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒的方法，包括下述步骤：

(1)称取1.8～3.6gFeCl₃·6H₂O以及6～12gNaAc·3H₂O于溶剂中；

(2)室温搅拌步骤(1)所得溶液；

(3)将步骤(2)所得溶液于不锈钢反应釜中，加热于195-205℃保温10-15h；

(4)将反应溶液冷却，固液分离后，用去离子水洗涤2～5次，干燥制得球形Fe₃O₄磁粉颗粒；所述冷却为空冷或水冷或冰水冷却。

优选的，上述所述一种制备球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒的方法中，所述溶剂为乙二醇。

优选的，上述所述一种制备球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒的方法中，所述步骤(2) 中的室温搅拌速度为2000～2500转/分钟，搅拌25-35min。

优选的，上述所述一种制备球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒的方法中，所述步骤(3) 中加热于200℃保温12h。

优选的，上述所述一种制备球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒的方法中，所述步骤(4) 中干燥是在45～50℃干燥8-12h。

本发明提供了一种通过溶剂热反应制备不同直径大小球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒，可利用反应过程中不同的冷却方式达到控制制备球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒直径大小的要求，而本发明改变现有技术中普遍采用的随炉冷却的方式，代之以空冷、水冷或冰水冷却的方式，却能够得到粒径较小的球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒，且在同等条件下冰水冷却的方式较空冷得到的颗粒更小，且其饱和磁化强度也较高；同时，本发明制备过程方便，制备条件简单，消耗资源少，成本低，无需任何添加剂如催化剂等和大型精密仪器，对环境无污染，易于大规模生产，得到的Fe₃O₄纳米磁粉颗粒不含任何其他杂质，具有广阔的市场开发前景。

附图说明

图1为对比例1、实施例1、实施例2中随着加热炉冷却、空气中冷却、冰水中冷却三种冷却方式得到的XRD衍射图，其中(a)为随着加热炉冷却，(b)为空气中冷却，(c)冰水中冷却，从图中可以看出三种冷却方式制备的球形Fe₃O₄磁粉颗粒的XRD衍射符合卡片JCPDS card no.85-1436，为尖晶石型结构，晶化质量较好，所出现的衍射峰和Fe₃O₄的衍射峰一致，说明所制备的粉体是Fe₃O₄磁粉单相，不含任何杂质相；

图2为对比例1随着加热炉冷却所得到的SEM图，其中插入图为放大倍数的 SEM图，从图中可以看出所制备的球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒直径在700nm左右；

图3为实施例1空气中冷却所得到的SEM图，其中插入图为放大倍数的SEM 图，从图中可以看出所制备的球形Fe₃O₄磁粉颗粒直径在600nm左右；

图4为实施例2冰水中冷却所得到的SEM图，其中插入图为放大倍数的SEM 图，从图中可以看出所制备的球形Fe₃O₄纳米磁粉颗粒直径在500nm左右；

图5为对比例1、实施例1、实施例2中随着加热炉冷却、空气中冷却、冰水中冷却三种冷却方式获得的VSM图谱，其中(a)～(c)分别对应随着加热炉冷却、空气中冷却、冰水中冷却，从图中可以看出，三种冷却方式获得的球形Fe₃O₄纳米磁粉饱和磁化强度分别为82.6193emu/g、97.8481emu/g、99.033emu/g。

具体实施方式

下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。

对比例1

称取3.6gFeCl₃·6H₂O以及12gNaAC·3H₂O溶于90ml乙二醇溶液中，2000-2500 转/分钟的条件下室温搅拌30min，然后将溶液倒入150ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加热200℃保温12h，将反应釜随炉冷却，固液分离后，用去离子水洗涤 2-5次，40-45℃条件下干燥12h，可得直径约为700nmFe₃O₄磁粉颗粒。

实施例1

称取3.6gFeCl₃·6H₂O以及12gNaAC·3H₂O溶于90ml乙二醇溶液中，2000-2500 转/分钟的条件下室温搅拌30min，然后将溶液倒入150ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加热200℃保温12h，将反应釜在空气中冷却，固液分离后，用去离子水洗涤2-5次，40-45℃条件下干燥12h，可得直径约为600nmFe₃O₄磁粉颗粒。

实施例2

称取3.6gFeCl₃·6H₂O以及12gNaAC·3H₂O溶于90ml乙二醇溶液中，2000-2500 转/分钟的条件下室温搅拌30min，然后将溶液倒入150ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加热200℃保温12h，将反应釜在冰水中冷却，固液分离后，用去离子水洗涤2-5次，40-45℃条件下干燥12h，可得直径约为500nmFe₃O₄磁粉颗粒。

对比例2

称取1.8gFeCl₃·6H₂O以及6gNaAC·3H₂O溶于90ml乙二醇溶液中，2000-2500 转/分钟的条件下室温搅拌30min，然后将溶液倒入150ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加热200℃保温12h，将反应釜随着加热炉冷却，固液分离后，用去离子水洗涤2-5次，0-45℃条件下干燥12h，可得直径在350nm左右的Fe₃O₄磁粉颗粒，饱和磁化强度为84.728emu/g。

实施例3

称取1.8gFeCl₃·6H₂O以及6gNaAC·3H₂O溶于90ml乙二醇溶液中，2000-2500 转/分钟的条件下室温搅拌30min，然后将溶液倒入150ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加热200℃保温12h，分别将反应釜在空气中冷却(撤开加热炉)，固液分离后，用去离子水洗涤2-5次，40-45℃条件下干燥12h，可得直径在290nm左右的Fe₃O₄磁粉颗粒，饱和磁化强度为88.457emu/g。

实施例4

称取1.8gFeCl₃·6H₂O以及6gNaAC·3H₂O溶于90ml乙二醇溶液中，2000-2500 转/分钟的条件下室温搅拌30min，然后将溶液倒入150ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加热200℃保温12h，分别将反应釜在冰水中冷却，固液分离后，用去离子水洗涤2-5次，40-45℃条件下干燥12h，可得直径在200nm左右的Fe₃O₄磁粉颗粒，饱和磁化强度为90.651emu/g。