專利名稱：一種塊狀α－氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塊狀α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的合成方法，屬于磁性的半導(dǎo)體納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
α-氧化鐵(α-Fe2O3)為n-型半導(dǎo)體材料，納米半導(dǎo)體粒子的高比表面積、高活性等性質(zhì)使之成為應(yīng)用于傳感器方面最有前途的材料。另外，α-氧化鐵也是在室溫條件下最穩(wěn)定的氧化鐵。在室溫下還具有弱鐵磁性，屬于半硬磁材料，可應(yīng)用于繼電器、開關(guān)、半固定儲存、磁-光納米器件等。無論在學(xué)術(shù)研究還是在應(yīng)用方面，均具有重要的意義。
經(jīng)檢索，現(xiàn)有技術(shù)中有13項關(guān)于納米氧化鐵粉體專利報道(1)“納米氧化鐵粉體的制造方法”(申請人暨南大學(xué)，發(fā)明人李玲；申請?zhí)?1130089)，該發(fā)明公開了不同形狀納米氧化鐵粉體的制造方法，其特點是鐵離子溶液與堿性溶液在引入表面活性劑的條件下反應(yīng)，反應(yīng)在常溫常壓下進行，調(diào)整高、低分子表面活性劑的配比，可得到不同形狀的納米氧化鐵粉體。此方法制造的氧化鐵粉體的粒徑達10～30nm，粒度細小均勻；反應(yīng)在常溫常壓下進行。
(2)“氧化鐵制備納米顏料及納米磁性材料”，(申請人石家智，發(fā)明人石家智，申請?zhí)?2145680)，該發(fā)明涉及一種鋼鐵熱加工氧化鐵制備納米顏料及納米磁性材料的技術(shù)與工藝方法是以氧化鐵為主原料加入鹽酸、氫氧化鈉、氧化劑、添加劑進行氧化還原反應(yīng)制備納米氧化鐵紅、納米氧化鐵黃、納米氧化鐵黑及納米磁性材料。
(3)“用核/殼結(jié)構(gòu)的氧化鐵-有機復(fù)合顆粒制備氧化鐵中空顆粒的方法”，(申請人中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，發(fā)明人唐芳瓊 黃忠兵，申請?zhí)?3156712)，該發(fā)明屬于用復(fù)合顆粒制備無機中空亞微米顆粒的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用(殼/核)磁性氧化鐵-有機復(fù)合微球制備磁性中空亞微米顆粒的方法。
(4)“超微細氧化鐵的制備”，(申請人重慶市化工研究院，發(fā)明人王里榮 王德融，申請?zhí)?7108286)，該發(fā)明是以某些工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的含硫酸亞鐵的廢料，經(jīng)處理得到硫酸亞鐵晶體為原料，采用與堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽充分混合的固相反應(yīng)，制取超微細氧化鐵的方法。它包括混料、反應(yīng)、水洗和脫水干燥四個工藝過程。產(chǎn)品的最大粒徑為～100nm，最小粒徑為～8nm，平均粒徑為～36nm。
(5)“一種氧化鐵超細納米粉體的制備方法”，(申請人無錫威孚吉大新材料應(yīng)用開發(fā)有限公司，發(fā)明人盧金山 杭勝偉，申請?zhí)?2112669.0)，該發(fā)明涉及氧化鐵超細納米粉體的制備方法，屬于精細化工領(lǐng)域。利用廉價的鐵鹽化工原料批量制備氧化鐵(α-Fe2O3，γ-Fe2O3，F(xiàn)e3O4)超細納米粉體，粉體的晶粒尺寸接近單分散，其平均粒徑分別為10-20納米(α-Fe2O3)，3-10納米(γ-Fe2O3)和5-15納米(Fe3O4)。
(6)“具有介孔結(jié)構(gòu)的磁性氧化鐵中空微球顆粒及其制法和用途”，(申請人中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，發(fā)明人唐芳瓊 黃忠兵，申請?zhí)?00310122436.X)，該發(fā)明屬于用復(fù)合顆粒制備無機中空微球顆粒的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及具有介孔結(jié)構(gòu)的磁性氧化鐵中空顆粒，及用核/殼結(jié)構(gòu)的介孔磁性氧化鐵-有機復(fù)合顆粒制備介孔結(jié)構(gòu)的磁性氧化鐵中空微球顆粒的方法和用途。該發(fā)明是使用二價鐵鹽溶液控制水解方法來制備介孔磁性氧化鐵顆粒同時使其包覆在聚苯乙烯等有機微球上，從而得到核/殼結(jié)構(gòu)的介孔磁性氧化鐵復(fù)合微球。采用緩慢升溫方法和無氧條件下將均勻的復(fù)合顆粒中有機核燒結(jié)掉，同時殼層的氧化鐵顆粒中的有機物質(zhì)也被燒結(jié)掉，從而得到完整的介孔磁性氧化鐵中空微球顆粒。
(7)“一種超細/納米氧化鐵/鐵粉的制備方法”，(申請人中南大學(xué)，發(fā)明人范景蓮 成會朝，申請?zhí)?00410023302.7)，該發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，特別是采用納米技術(shù)制備超細/納米氧化鐵的方法，其特征在于采用硝酸鐵晶體(Fe(NO3)3·9H2O)、硫酸亞鐵晶體(FeSO4·7H2O)、氯化鐵晶體(FeCl3·6H2O)為原料，配制成濃度為～30wt％的鐵鹽溶液；加入氨水調(diào)節(jié)pH為1.5～3；再加入0.1～1.0％表面活性劑和0.01～0.1％晶粒抑制劑，經(jīng)超聲波振蕩10～60min，得到透明膠體；然后干燥，制得超細混合粉末前驅(qū)體；在350～700℃溫度下煅燒，得到納米/超細氧化鐵粉末。本發(fā)明制備的粉末粒度細，小于100nm，純度高，達99％～99.5％。
(8)“改性納米氧化物、制備方法及其用途”，(申請人上海工程技術(shù)大學(xué)，發(fā)明人沈勇 秦偉庭 張惠芳 王黎明 丁穎，申請?zhí)?00410067399)，該發(fā)明是一種改性納米氧化物、制備方法和用于功能整理劑的用途。該改性納米氧化物具有如下結(jié)構(gòu)式如式I其中，A為納米氧化物，所述的納米氧化物是納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化鐵、納米氧化硅及其它們的復(fù)合物；R＝(CH2/n，n＝0～4；Y是乙烯基、羥基、氨烷基、氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧烷基或巰基；如式II其中，m＝0～20，R”＝A、H和C1-4的烷基。系由納米氧化物和改性劑反應(yīng)、乳化后制得。
(9)“納米氧化鐵的制備方法”，(申請人上海大學(xué)，發(fā)明人李珍 焦正 吳明紅 鐘海艦 呂森林，申請?zhí)?00510023582)，該發(fā)明涉及一種納米氧化鐵的制備方法，特別是一種采用電子束輻射法制備納米氧化鐵的方法。
(10)“氧化鐵敏化的片狀氧化鈦可見光催化劑及制備方法，”(申請人中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，發(fā)明人高濂 劉紅艷，申請?zhí)?00510023961)，該發(fā)明提供了窄禁帶半導(dǎo)體α-Fe2O3敏化的納米氧化鈦片狀光催化劑及原位合成的制備方法。
(11)“一種磁性氧化鐵納米粒子的制備方法”，(申請人華東師范大學(xué)，發(fā)明人姜繼森 姜國華 丁建芳，申請?zhí)?00510111203.9)，該發(fā)明涉及一種磁性氧化鐵納米粒子的制備方法，屬于無機非金屬磁性納米材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明利用特殊有機添加劑及無機鹽在γ-Fe2O3晶體形成過程中的作用，以三價鐵鹽為原料，不須經(jīng)過氧化還原過程，在較低溫度下直接制備出長徑比為6的棒狀γ-Fe2O3納米粒子及粒徑為20nm的立方形γ-Fe2O3納米粒子。本發(fā)明具有工藝過程簡單、粒子形狀易于控制的特點。
(12)“一種橄欖球狀的α-氧化鐵納米顆粒的合成方法，申請人曹化強，張磊，申請?zhí)?00610002148.4)，該發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體納米材料的制備工藝。
(13)“納米氧化鐵的制備方法及設(shè)備”，(申請人江蘇天一超細金屬粉末有限公司，發(fā)明人高為鑫 張莉莉，申請?zhí)?00610037674.4)，該發(fā)明涉及一種納米氧化鐵的制備工藝及其設(shè)備，將五羰基鐵或其蒸汽用加壓N2或惰性氣體帶載，使其在0.01Mpa以上的壓力下從反應(yīng)釜內(nèi)的原料管道噴嘴霧化噴出，與從反應(yīng)釜內(nèi)氣體管道噴嘴噴出的氧氣或空氣進行燃燒反應(yīng)；燃燒反應(yīng)的氧化鐵粒子落入反應(yīng)釜內(nèi)的液體沉降介質(zhì)中，以便生成的每個氧化鐵粒子被沉降液隔離；將沉降后的燃燒反應(yīng)生成物接收、烘干、冷卻得到納米氧化鐵成品。其所用設(shè)備特征是反應(yīng)釜包括燃燒室、沉降室、接收器、煙塵室，冷卻室環(huán)繞在反應(yīng)釜的外側(cè)，該發(fā)明所得納米氧化鐵有很好的顏色和分散性，使得顏色深而且著色力高，應(yīng)用范圍廣。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡便制備塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的水熱合成方法。本發(fā)明合成方法中所用原料易得，工藝簡便，可合成出尺寸和形狀較均一的塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提出的一種塊狀α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的合成方法，其特征在于，該方法按如下步驟進行(1)以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度范圍為0.2703～0.8019克/40毫升，L-精氨酸濃度范圍為0.1742～4.7024克/40毫升；(2)將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在150～180℃溫度范圍加熱10～48小時；(3)將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱中80℃進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
由于納米材料的性質(zhì)與其尺寸、形狀以及反應(yīng)體系有很大關(guān)系，本發(fā)明合成出的一種α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)是利用生物分子——L-精氨酸為原料之一參與反應(yīng)，因此，合成方法簡單，材料性能優(yōu)良，適宜于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
圖1(a)為實施例1的透射電子顯微鏡照片，(b)為實施例1的X射線衍射圖。
圖2(a)為實施例2的透射電子顯微鏡照片，(b)為實施例2的X射線衍射圖。
圖3(a)為實施例3的透射電子顯微鏡照片，(b)為實施例3的X射線衍射圖。
圖4(a)為實施例4的透射電子顯微鏡照片，(b)為實施例4的X射線衍射圖。
圖5(a)為實施例5的透射電子顯微鏡照片，(b)為實施例5的X射線衍射圖。
圖6(a)為實施例6的透射電子顯微鏡照片，(b)為實施例6的X射線衍射圖。
圖7(a)為實施例7的透射電子顯微鏡照片，(b)為實施例7的X射線衍射圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施例對本發(fā)明進一步加以說明。
實施例1——以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度為0.2703克/40毫升，L-精氨酸濃度為0.1742克/40毫升。
——將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在180℃溫度下加熱10小時。
——將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱(80℃)中進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
圖1(a)為實施例1的X-射線衍射圖，確定產(chǎn)物是α-氧化鐵，圖1(b)是塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡照片，由圖可見其邊長平均約為210納米。
實施例2——以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度為0.8109克/40毫升，L-精氨酸濃度為0.5226克/40毫升。
——將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在180℃溫度下加熱10小時。
——將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱(80℃)中進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
圖2(a)為實施例2的X-射線衍射圖，確定產(chǎn)物是α-氧化鐵，圖2(b)是塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡照片，由圖可見其邊長平均約為846納米。
實施例3
——以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度為0.8109克/40毫升，L-精氨酸濃度為1.5678克/40毫升。
——將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在180℃溫度下加熱10小時。
——將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱(80℃)中進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
圖3(a)為實施例3的X-射線衍射圖，確定產(chǎn)物是α-氧化鐵，圖3(b)是塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡照片，由圖可見其邊長平均約為597納米。
實施例4——以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度為0.8109克/40毫升，L-精氨酸濃度為1.5678克/40毫升。
——將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在180℃溫度下加熱24小時。
——將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱(80℃)中進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
圖4(a)為實施例4的X-射線衍射圖，確定產(chǎn)物是α-氧化鐵，圖4(b)是塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡照片，由圖可見其邊長平均約為491納米。
實施例5——以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度為0.8109克/40毫升，L-精氨酸濃度為4.7024克/40毫升。
——將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在180℃溫度下加熱24小時。
——將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱(80℃)中進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
圖5(a)為實施例5的X-射線衍射圖，確定產(chǎn)物是α-氧化鐵，圖5(b)是塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡照片，由圖可見其邊長平均約為54納米。
實施例6
——以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度為0.8109克/40毫升，L-精氨酸濃度為4.7024克/40毫升。
——將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在180℃溫度下加熱48小時。
——將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱(80℃)中進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
圖6(a)為實施例6的X-射線衍射圖，確定產(chǎn)物是α-氧化鐵，圖6(b)是塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡照片，由圖可見其邊長平均約為64納米。
實施例7——以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度為0.8109克/40毫升，L-精氨酸濃度為1.5678克/40毫升。
——將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在150℃溫度下加熱10小時。
——將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱(80℃)中進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
圖7(a)為實施例7的X-射線衍射圖，確定產(chǎn)物是α-氧化鐵，圖7(b)是塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡照片，由圖可見其邊長平均約為591納米。
權(quán)利要求
1.一種塊狀α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的合成方法，其特征在于，該方法按如下步驟進行(1)以三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、L-精氨酸(C6H14N4O2)為原料，在室溫下，配制包括三氯化鐵、L-精氨酸的水溶液，其中三氯化鐵濃度范圍為0.2703～0.8019克/40毫升，L-精氨酸濃度范圍為0.1742～4.7024克/40毫升；(2)將所述混合溶液放置于一個聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在150～180℃溫度范圍加熱10～48小時；(3)將反應(yīng)后得到的沉淀物依次經(jīng)去離子水和乙醇洗滌，洗滌三個循環(huán)，然后放入干燥箱中80℃進行干燥2小時，即得到塊狀的α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塊狀α－氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的合成方法，屬于磁性的半導(dǎo)體納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法是以三氯化鐵(FeCl
文檔編號B32B3/00GK101041470SQ20071006468
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者曹化強, 王國志, 項軍花 申請人:清華大學(xué)