專利名稱：一種具有多級結構的磁性三氧化二鐵微米花材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及ー種磁性三氧化ニ鐵材料，具體涉及ー種具有多級結構的磁性三氧化ニ鐵微米花材料，本發明還涉及該材料的制備方法。
背景技術：
納米顆粒由于具有量子尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應、庫倫堵塞和介電限域效應，使得其在光、電、磁、熱、機械性能、化學性質、生物物理性質等方面都表現出不同于常規固體及宏觀粒子的新特征。而納米材料的性能很大程度上取決于納米粒子的微觀形貌，因此，合成各種特殊形貌的納米材料成為納米科學領域不可或缺的重要組成部分。三氧化ニ鐵是ー種廉價、環保、性能最穩定的鐵的氧化物，具有η-型半導體的特性，在光催化、鋰離子電池、氣體傳感器、磁學材料等方面有著廣泛的應用。而多級結構的微米花，因其集納米顆粒、納米片和微米花三種結構于一體，使得其在記錄磁頭、納米催化、生物傳感器、納米醫學等領域有良好的應用前景。然而目前尚未見多級結構阿爾法-三氧化ニ鐵(a -Fe2O3)微米花的相關文獻和專利報道。

發明內容
本發明的目的是提供ー種具有多級結構的磁性三氧化ニ鐵微米花材料及其制備方法。ー種具有多級結構的磁性三氧化ニ鐵微米花材料，是由粒徑為20-30 nm的球形粒子組裝成的厚度為85-95 nm的納米片交錯排列而形成的具有多級結構的花狀，集納米顆粒、納米片和微米花三種結構于一體。本發明是通過以下技術方案實現的
ー種具有多級結構的磁性三氧化ニ鐵微米花材料的制備方法，包括以下步驟
(O以六水合三氯化鐵為鐵源，こニ醇為溶劑，得到濃度O. 05、. 6 mol/L的溶液，再加入表面活性剤，在常溫常壓下攪拌，使六水合三氯化鐵和表面活性劑完全溶解，得到澄清溶液；
(2)將尿素加入步驟(I)所配置的澄清溶液中，攪拌，充分混合得到紅棕色澄清溶液；
(3)將步驟(2)配制的上述溶液在19(Tl97°C下采用こニ醇輔助法反應3(T90min ；
(4)反應結束后離心分離，將沉淀物用無水こ醇清洗，然后烘干，得到黃緑色粉末狀前軀體；
(5)將前軀體置于真空氣氛箱式爐中，通入空氣或者氧氣，在30(T50(TC下高溫煅燒廣5 h，即可得到具有多級結構的三氧化ニ鐵微米花材料。進ー步地，所述的表面活性劑與六水合三氯化鐵的摩爾比為O. 065: Γ0. 67:1。所述的六水合三氯化鐵與尿素的摩爾比為O. 0Γ4:1ο所述的表面活性劑為聚こ烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、或者四丁基氯化銨。與現有技術相比，本發明具有如下優點
(1)制備エ藝簡單，所需設備簡易；
(2)相對于模板法的復雜エ藝,本方法生產成本低，容易實現大規模生產，方便實際エ業應用；
(3)制備過程中不產生有毒有害物質，安全可靠性高；
(4)產品重現性好，產物形貌規整，粒徑分布集中，無團聚。



圖I為實施例I制得的前驅體掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖2為實施例I制得的前驅體的X射線能譜分析 圖3為實施例I制得的多級結構磁性三氧化ニ鐵微米花的掃描電子顯微鏡(SEM)照
片;
圖4為圖3的局部放大 圖5為圖3的局部放大 圖6為施例I制得的多級結構磁性三氧化ニ鐵微米花在常溫下的磁滯曲線圖。
具體實施例方式實施例I
ー種具有多級結構的磁性三氧化ニ鐵微米花材料的制備方法，包括以下步驟
(1)以O.005mol六水合三氯化鐵為鐵源，IOOmlこニ醇為溶劑，再加入表面活性劑四丁基氯化銨，在常溫常壓下攪拌，使六水合三氯化鐵和表面活性劑完全溶解，得到三氯化鐵濃度為O. 05 mol/L的澄清溶液；
(2)將O.5mol尿素加入步驟(I)所配置的澄清溶液中，攪拌，充分混合得到紅棕色澄清溶液；
(3)將步驟(2)配制的上述溶液在190°C下采用こニ醇輔助法反應60min ；
(4)反應結束后離心分離，得到的黃緑色沉淀物用無水こ醇洗滌3次，然后在60°C下烘干12 h，即可得到a -Fe2O3前驅體；
(5)將前軀體置于真空氣氛箱式爐中，通入空氣，在30(T35(TC下高溫煅燒3h，即可得到具有多級結構的三氧化ニ鐵微米花材料。具有多級結構的三氧化ニ鐵微米花材料是由粒徑為20-30 nm的球形粒子組裝成的厚度為85-95 nm的納米片交錯排列而形成的具有多級結構的花狀，集納米顆粒、納米片和微米花三種結構于一體。圖I是步驟(4)制得的前驅體掃描電子顯微鏡(SEM)照片，從圖中可以看出，采用本方法制備的前驅體為花狀結構。圖2對前驅體進行X射線能譜分析，結果表明其元素組成為Fe、O和C三種元素。圖3是制備的多級結構磁性三氧化ニ鐵微米花的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，從圖中可以看出，煅燒后得到的磁性三氧化ニ鐵是由納米片組裝成的微米花。圖4、5為圖3的局部放大圖，結果表明這種納米片是由22 nm左右的小顆粒組裝。圖6是制備的多級結構磁性三氧化ニ鐵微米花在常溫下的磁滯曲線，可以看出，這種結構的三氧化ニ鐵微米花呈軟磁特征，其飽和磁化強度為O. 67 emu/g,剰余磁化強度為 O. 10 emu/g,矯頑カ為 127 Oe。實施例2
(1)以O.Olmol六水合三氯化鐵為鐵源，IOOmlこニ醇為溶劑，再加入表面活性劑四丁基氯化銨O. 00065mol，在常溫常壓下攪拌，使六水合三氯化鐵和表面活性劑完全溶解，得到三氯化鐵濃度為O. I mol/L的澄清溶液；
(2)將O.Imol尿素加入步驟(I)所配置的澄清溶液中，攪拌，充分混合得到紅棕色澄清溶液；
(3)將步驟(2)配制的上述溶液在192°C下采用こニ醇輔助法反應70min ；
(4)反應結束后離心分離，得到的黃緑色沉淀物用無水こ醇洗滌3次，然后在65°C下烘干12 h，即可得到a -Fe2O3前驅體；
(5)將前軀體置于真空氣氛箱式爐中，通入空氣，在34(T390°C下高溫煅燒5h，即可得到具有多級結構的三氧化ニ鐵微米花材料。實施例3
(1)以O.06mol六水合三氯化鐵為鐵源，IOOmlこニ醇為溶劑，再加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，在常溫常壓下攪拌，使六水合三氯化鐵和表面活性劑完全溶解，得到三氯化鐵濃度為O. 6 mol/L的澄清溶液；
(2)將O.03mol尿素加入步驟(I)所配置的澄清溶液中，攪拌，充分混合得到紅棕色澄清溶液；
(3)將步驟(2)配制的上述溶液在197°C下采用こニ醇輔助法反應30min ；
(4)反應結束后離心分離，得到的黃緑色沉淀物用無水こ醇洗滌4次，然后在55°C下烘干13 h，即可得到a -Fe2O3前驅體；
(5)將前軀體置于真空氣氛箱式爐中，通入空氣，在38(T460°C下高溫煅燒4h，即可得到具有多級結構的三氧化ニ鐵微米花材料。實施例4
(1)以O.03mol六水合三氯化鐵為鐵源，IOOmlこニ醇為溶劑，再加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，在常溫常壓下攪拌，使六水合三氯化鐵和表面活性劑完全溶解，得到三氯化鐵濃度為O. 03mol/L的澄清溶液；
(2)將O.Olmol尿素加入步驟(I)所配置的澄清溶液中，攪拌，充分混合得到紅棕色澄清溶液；
(3)將步驟(2)配制的上述溶液在195°C下采用こニ醇輔助法反應90min ；
(4)反應結束后離心分離，得到的黃緑色沉淀物用無水こ醇洗滌2次，然后在58°C下烘干11 h，即可得到a -Fe2O3前驅體；
(5)將前軀體置于真空氣氛箱式爐中，通入空氣，在45(T500(TC下高溫煅燒Ih，即可得到具有多級結構的三氧化ニ鐵微米花材料。 實施例5
(I)以O. 008mol六水合三氯化鐵為鐵源，IOOmlこニ醇為溶劑，再加入表面活性劑聚こ烯吡咯烷酮，在常溫常壓下攪拌，使六水合三氯化鐵和表面活性劑完全溶解，得到三氯化鐵濃度為O. 08 mol/L的澄清溶液；
(2)將O.002mol尿素加入步驟(I)所配置的澄清溶液中，攪拌，充分混合得到紅棕色澄清溶液；
(3)將步驟(2)配制的上述溶液在196°C下采用こニ醇輔助法反應80min ；
(4)反應結束后離心分離，得到的黃緑色沉淀物用無水こ醇洗滌3次，然后在60°C下烘干12 h，即可得到a -Fe2O3前驅體；
(5)將前軀體置于真空氣氛箱式爐中，通入空氣，在42(T480°C下高溫煅燒3h，即可得到具有多級結構的三氧化ニ鐵微米花材料。 實施例6
(1)以O.Olmol六水合三氯化鐵為鐵源，IOOmlこニ醇為溶劑，再加入表面活性劑四丁基氯化銨O. 0067mol，在常溫常壓下攪拌，使六水合三氯化鐵和表面活性劑完全溶解，得到三氯化鐵濃度為O. I mol/L的澄清溶液；
(2)將O.Imol尿素加入步驟(I)所配置的澄清溶液中，攪拌，充分混合得到紅棕色澄清溶液；
(3)將步驟(2)配制的上述溶液在192°C下采用こニ醇輔助法反應70min ；
(4)反應結束后離心分離，得到的黃緑色沉淀物用無水こ醇洗滌3次，然后在65°C下烘干12 h，即可得到a -Fe2O3前驅體；
(5)將前軀體置于真空氣氛箱式爐中，通入空氣，在34(T390°C下高溫煅燒5h，即可得到具有多級結構的三氧化ニ鐵微米花材料。
權利要求
1.一種具有多級結構的磁性三氧化二鐵微米花材料，其特征是是由粒徑為20-30 nm的球形粒子組裝成的厚度為85-95 nm的納米片交錯排列而形成的具有多級結構的花狀，集納米顆粒、納米片和微米花三種結構于一體。
2.權利要求I所述的具有多級結構的磁性三氧化二鐵微米花材料的制備方法，其特征是包括以下步驟 (1)以六水合三氯化鐵為鐵源，乙二醇為溶劑，得到濃度0.05、. 6 mol/L的溶液，再加入表面活性劑，在常溫常壓下攪拌，使六水合三氯化鐵和表面活性劑完全溶解，得到澄清溶液； (2)將尿素加入步驟(I)所配置的澄清溶液中，攪拌，充分混合得到紅棕色澄清溶液； (3)將步驟(2)配制的上述溶液在19(Tl97°C下采用乙二醇輔助法反應3(T90min ； (4)反應結束后離心分離，將沉淀物用無水乙醇清洗，然后烘干，得到黃綠色粉末狀前軀體； (5)將前軀體置于真空氣氛箱式爐中，通入空氣或者氧氣，在30(T5(KrC下高溫煅燒廣5h，即可得到具有多級結構的三氧化二鐵微米花材料。
3.根據權利要求2所述的具有多級結構的磁性三氧化二鐵微米花材料的制備方法，其特征是表面活性劑與六水合三氯化鐵的摩爾比為0. 065: TO. 67: I。
4.根據權利要求2或3所述的一種具有多級結構的磁性三氧化二鐵微米花材料的制備方法，其特征是所述的六水合三氯化鐵與尿素的摩爾比為0. Of 4: I。
5.根據權利要求2或3所述的一種具有多級結構的磁性三氧化二鐵微米花材料的制備方法，其特征是所述的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、或者四丁基氯化銨。
全文摘要
本發明公開了一種具有多級結構的磁性三氧化二鐵微米花材料及其制備方法。具有多級結構的磁性三氧化二鐵微米花材料，是由粒徑為20-30nm的球形粒子組裝成的厚度為85-95nm的納米片交錯排列而形成的具有多級結構的花狀，集納米顆粒、納米片和微米花三種結構于一體。制備時以六水合三氯化鐵為鐵源，乙二醇為溶劑，得到濃度0.05~0.6mol/L的溶液，再加入表面活性劑，攪拌得澄清溶液，再加入尿素，在190~197℃下采用乙二醇輔助法反應30~90min，離心分離，清洗后烘干，在300~500℃下高溫煅燒1~5h，即得。本發明工藝簡單，成本低，容易實現大規模生產，生產過程安全可靠，產品重現性好，形貌規整，粒徑分布集中，無團聚。
文檔編號C01G49/06GK102659188SQ20121015879
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者劉亞青, 周興, 柳學義, 趙貴哲 申請人:中北大學