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納米四氧化三鐵磁性材料的應用
文章來源:新材料在線     更新時間:2021-12-28 14:27:25

 一、簡介:

 

四氧化三鐵(VK-EF01,VK-EF02)是一種常用的磁性材料,又稱氧化鐵黑(VK-EF01,VK-EF02),呈黑色或灰藍色。四氧化三鐵是一種鐵酸鹽,即Fe2 Fe3 (Fe3 O4)(即FeFe(FeO4)前面2 和3 代表鐵的價態)。在Fe3O4里,鐵顯兩種價態,一個鐵原子顯 2價,兩個鐵原子顯 3價,所以說四氧化三鐵可看成是由FeO與Fe2O3組成的化合物,可表示為FeO-Fe2O3,而不能說是FeO與Fe2O3組成的混合物,它屬于純凈物?;瘜W式:Fe3O4,分子量231.54,硬度很大,具有磁性,可以看成是氧化亞鐵和氧化鐵組成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系,密度 5.18g/cm3。熔點1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水,也不能與水反應。與酸反應,不溶于堿,也不溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。

 

在外磁場下能夠定向移動,粒徑在一定范圍之內具有超順磁性,以及在外加交變電磁場作用下能產生熱量等特性,其化學性能穩定,因而用途相當廣泛。

 

由于納米四氧化三鐵(VK-EF01,VK-EF02)特殊的理化學性質,使其在實際應用中越來越廣泛,其制備方法和性質的研究也得到了深入的進展。磁性納米微粒的制備方法主要有物理方法和化學方法。物理方法制備納米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、機械球磨法等。但是用物理方法制備的樣品一般產品純度低、顆粒分布不均勻,易被氧化,且很難制備出10nm以下的納米微粒,所以在工業生產和試驗中很少被采納?;瘜W方法主要有共沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水解法、水熱法等。采用化學方法獲得的納米微粒的粒子一般質量較好,顆粒度較小,操作方法也較為容易,生產成本也較低,是目前研究、生產中主要采用的方法。

 

二、納米四氧化三鐵(VK-EF01,VK-EF02的應用


當粒子的尺寸降至納米量級時, 由于納米粒子的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等的影響, 使其具有不同于常規體相材料的特殊的磁性質。這也使其在工業、生物醫藥等領域有著特殊的應用。

 

1.生物醫藥

 

磁性高分子微球(也稱免疫磁性微球) 是一種由磁性納米顆粒和高分子骨架材料制備而成的生物醫用材料, 其中的高分子材料包括聚苯乙烯、硅烷、聚乙烯、聚丙烯酸、淀粉、葡聚糖、明膠、白蛋白、乙基纖維素等, 骨架材料主要是具有磁性的無機材料。而四氧化三鐵因具有物料性質穩定、與生物相容性較好、強度較高, 且無毒副作用等特點, 而被廣泛地應用于生物醫藥的多個領域, 如磁共振成像、磁分離、靶向藥物載體、腫瘤熱療技術、細胞標記和分離 以及作為增強顯影劑、造影劑的研究、視網膜脫離的修復手術等。

 

2.磁性液體(VK-EF01W,VK-EF02W液體)

 

磁性液體是一種新型功能材料, 它是將眾多的納米級的鐵磁性或亞鐵磁性微粒高度彌散于液態載液中而構成的一種高穩定的膠體溶液, 微粒與載液通過表面活性劑混成的這種磁性液體即使在重力場、電場、磁場作用下也能長期穩定地存在, 不產生沉淀與分離。目前, 磁性流體已經廣泛應用于選礦技術、精密研磨、磁性液體阻尼裝置、磁性液體密封、磁性液體軸承、磁性液體印刷、磁性液體潤滑、磁性液體燃料、磁性液體染料、磁性液體速度傳感器和加速度傳感器、磁性液體變頻器、磁性液體陀螺儀、水下低頻聲波發生器、用于移位寄存器顯示等。

 

3.催化劑載體

 

四氧化三鐵(VK-EF01,VK-EF02)顆粒在很多工業反應中被用作催化劑, 如制取NH3 (Haber 制氨法) 、高溫水氣轉移反應和天然氣的去硫反應等。由于四氧化三鐵納米微粒尺寸小, 比表面積大, 且納米顆粒表面光滑性差, 形成了凹凸不平的原子臺階, 增加了化學反應的接觸面。同時, 以Fe3O4 顆粒為載體, 催化劑成分覆在顆粒表面, 制得核- 殼結構的催化劑超細粒子, 既保持了催化劑高的催化性能, 又使催化劑易于回收。因此, Fe3O4 顆粒被大量應用于催化劑載體研究中。

 

4.微波吸波材料

 

納米微粒由于小尺寸效應使它具有常規大塊材料不具備的光學特性, 如光學非線性, 以及光吸收、光反射過程中的能量損耗等, 都與納米微粒的尺寸有很大的依賴關系。研究表明, 利用納米微粒的特殊的光學特性制備成各種光學材料將在日常生活和高技術領域得到廣泛的應用。目前關于這方面研究還處在實驗室階段。納米微粒的量子尺寸效應等使它對某種波長的光吸收帶有藍移現象。納米微粒粉體對各種波長光的吸收有寬化現象。四氧化三鐵(VK-EF01,VK-EF02)磁性納米粉由于具有高的磁導率, 可以作為鐵氧體吸波材料的一種, 應用在微波吸收方面。

 

5.磁記錄材料

 

納米四氧化三鐵(VK-EF01,VK-EF02)磁性顆粒的另一個重要用途是用來做磁記錄材料。納米四氧化三鐵顆粒由于其尺寸小, 其磁結構由多疇變為單疇, 具有非常高的矯頑力,用來做磁記錄材料可以大大提高信噪比, 改善圖像質量, 而且可以達到信息記錄的高密度。為了達到最好的記錄效果, 納米Fe3O4 顆粒必須有較高的矯頑力和剩余磁化強度, 尺寸較小、耐腐蝕、耐摩擦以及適應溫度的改變。

 

小結:隨著科學的進步, 人們對新型材料的需求更加迫切, 這使得用于納米科技和生物技術等方面的單分散磁性納米顆粒的制備研究工作得到了迅猛發展。由于制備技術的不斷改進, 研究者對磁性納米四氧化三鐵(VK-EF01,VK-EF02)顆粒尺寸、均勻分布程度、形狀、晶體結構、表面結構以及顆粒磁性能等要素都有了進一步的控制。

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