納米鐵

該物質可以用作特殊的催化劑，也可作為還原劑。

化學方程式:H2+FeCl2

納米鐵的制備方法可分為物理法和化學法。

1.物理氣相沉積法:又稱蒸發(fā)冷凝法，是利用真空蒸發(fā)、激光加熱蒸發(fā)、電子束照射、濺射等方法使原料氣化或形成等離子體，然后在介質中急劇冷凝。這種方法制得的納米微粒純度高，結晶組織好，且有利于粒度的控制，但是技術設備相對要求高。

依據加熱源的不同，物理氣相沉積法又可以分為:

(1)惰性氣體蒸發(fā)冷凝法:此法原理是在真空蒸發(fā)室內通入高純度惰性氣體(Ar或He)，對蒸發(fā)物質真空加熱蒸發(fā)，產生原子霧，與惰性氣體原子碰撞而失去能量，凝聚形成納米尺寸的團簇，并在液氮冷卻棒上聚集起來;

(2)熱等離子體法:該法是用等離子體將金屬粉末熔融、蒸發(fā)和冷凝以制得納米微粒。在真空容器中，導入一定壓力的惰性氣體，利用高溫熱源產生等離子體，將純鐵工件加熱、熔化，高溫下鐵迅速蒸發(fā)，同時等離子體又與熔化金屬發(fā)生物化反應，促使鐵水蒸發(fā)。鐵蒸汽經循環(huán)泵送到集粉器中冷凝、沉積，再經穩(wěn)定化處理后，得到納米鐵。制備過程中，工藝參數(shù)可以控制納米粒徑的大小和生產率。此種方法制得的納米微粒純度高，粒度均勻。

(3) 濺射法:是利用濺射現(xiàn)象來代替蒸發(fā)制得納米微粒，該法可以制備納米金屬微粒，也可用于制備納米金屬薄膜。用鐵塊體作為陰極靶材，另一塊金屬板作為陽極，用高能粒子撞擊陰極靶材表面，并與靶材表面的鐵原子交換能量，使其從表面蒸發(fā)出來，形成超微粒子，并在附著面上沉積下來。

濺射法又可分為:①離子濺射，即在電場力的作用下，離解Ar或H2，用Ar+或H+轟擊陰極靶材，在低壓惰性氣氛中形成納米鐵粒子;②等離子體濺射，即利用等離子體濺射固體靶材后使鐵原子成核，并可控制粒子生長;③ 激光侵蝕，即用高功率激光侵蝕固體鐵的表面，氣化離子性原子團。

2. 高能球磨法:高能球磨法是一個無外部熱能供給的高能球磨過程，也是一個由大晶粒變?yōu)樾【Я５倪^程。其原理是把金屬粉末在高能球磨機中長時間運轉，將回轉機械能傳遞給金屬粉末，并在冷態(tài)下反復擠壓和破碎，使之成為彌散分布的超細粒子。其工藝簡單，制備效率高，且成本低，但制備中易引入雜質，純度不高，顆粒分布不均勻。該法是目前制備納米金屬鐵微粒的主要物理方法之一。

3. 深度塑性變形法:深度塑性變形法是近幾年發(fā)展起來的一種獨特的納米材料制備方法，它是指材料在準靜態(tài)壓力的作用下發(fā)生嚴重塑性變形，從而將材料的晶粒尺寸細化到亞微米級或納米級。

1. 化學還原法:是利用一定的還原劑將金屬鐵鹽或其氧化物等還原制得納米鐵微粒，此法可分為固相還原法、液相還原法和氣相還原法。

①固相化學還原法:通常是先將金屬鐵離子與網絡結構基體組成物通過溶膠凝膠法合成出硬凝膠前驅體，再經過熱處理和H2還原制備出納米金屬鐵與網絡結構體共同組成的復合微粒。

②液相化學還原法:是在含有Fe，F(xiàn)e液相體系中采用強還原劑如KBH4、NaBH4、N2H4或有機金屬還原劑等對金屬離子進行還原制得納米鐵微粒。

③ 氣相化學還原法:主要是由H2或CO2還原固態(tài)金屬鐵鹽，制備過程中，控制氣體的停留時間和快速冷卻才能得到無團聚的納米顆粒鐵。

2. 微乳液法:微乳液是由表面活性劑、助表面活性劑、有機溶劑和水組成的熱力學穩(wěn)定體系。微乳液在一定條件下具有保持穩(wěn)定尺寸的能力，即使破裂也能重組，類似于生物細胞的自組織和自復制功能，能夠提供制備均勻尺寸納米粒子的理想微環(huán)境。用該法制備納米材料時，不溶于水的非極性物質作為分散相油相，反應物水溶液為水相，表面活性劑為乳化劑，形成油包水(W/O)微乳液，水核作為微反應器控制膠粒成核生長。分別將金屬鹽和一定的還原劑配制成微乳液，兩種微乳液混合時，由于膠團顆粒間的碰撞微乳液水核內發(fā)生化學反應，得到納米粒子，其粒子的粒徑大小受到水核大小的控制。

3. 電沉積法:電沉積法是一種很有應用前景的制備完全致密的納米晶體材料的方法。它制得的納米晶體材料密度高，孔隙率小，受尺寸和形狀的限制少，尤其是脈沖電沉積可以減小孔隙率和內部應力，減少雜質及氫含，增加光亮度，且能很好地控制沉積鍍層的組成。因此是一種成本低，適用于大規(guī)模生產納米金屬微粒的方法。

4. 熱解法:利用熱解、激光和超聲等激活手段，使羰基鐵分解并成核生長，制得納米金屬鐵微粒，這是一種氣相熱分解法。

5.高溫水解法:該法采用高壓釜作為特制反應器,以水溶液作為反應介質,在一定的溫度和高壓環(huán)境下進行一系列的化學和物理反應實現(xiàn)鐵基納米粉末的制備。

6. 活性氫-熔融金屬反應法:含有氫氣的等離子體與金屬鐵間產生電弧，使鐵熔解，而被電離活化的氫飽和溶解于熔融的鐵中并發(fā)生反應后釋放。熔融的鐵經強制蒸發(fā)冷凝后，在氣體中形成鐵的超微粒子。

以上參考

納米型快速電烙鐵頭的技術優(yōu)勢和特點:氮化鋁碳納米管技術，低熱慣性，低工作電壓，低能源消耗，高安全，高電熱效率，高頻率，長壽命。即用即熱，無需保溫，可生產1個系列的不同(電壓2V--36 V和功率3W--100 W)的規(guī)格。已制成的5 W型烙鐵頭在使命時同普通型30 W外熱型或20 W內熱型效果相同，節(jié)能80%以上，并且在保溫時節(jié)能100%，其壽命也可延長數(shù)倍至數(shù)十倍以上。廣泛應用于電子、電器、通信、家電等產品的生產、維修、研發(fā)。

四氧化三鐵具有鐵磁性，如果形成顆粒半徑在納米級別，稱為四氧化三鐵磁性顆粒。

2013來，有關納米Fe?O?制備的文獻大量涌現(xiàn)，一些新型的制備工藝也不斷出現(xiàn)。傳統(tǒng)制備納米Fe?O?的方法主要有沉淀法、水熱(溶劑熱)法、微乳化法、溶膠-凝膠法。新興的制備方法如微波法、熱解羰基前軀體法、超聲法、空氣氧化法、熱解-還原法、多元醇還原法等正逐漸成為學者們研究的熱點。在相關制備Fe?O?的方法中，新型的表面活性劑、制備體系也都有所突破。表面活性劑已經不僅僅局限于SDS、PEG、CTAB、檸檬酸、油酸等，用NSOCMCS、聚丙烯酰胺作修飾劑也有于報道。制備體系也相繼出現(xiàn)乙醇-水體系、正丙醇-水、丙二醇-水體系等。

1、沉淀法

沉淀法由于其工藝操作簡單成本較低，產品純度高，組成均勻，適合于大規(guī)模生產，成為最常用的納米顆粒的制備方法。同時，通過向沉淀混合液中加入有機分散劑或絡合劑可提高納米粒子的分散性，克服納米粒子易團聚的缺點。常用的沉淀法有共沉淀法、水解沉淀法、超聲沉淀法、醇鹽水解法和螯合物分解法等。

(1) 共沉淀法

共沉淀法在含有多種陽離子的溶液中加入沉淀劑，讓所有離子完全沉淀。為了獲得均勻的沉淀，通常將含有多種陽離子的鹽溶液慢慢加入到過量的沉淀劑中進行攪拌，使所有離子的濃度大大超過沉淀的平衡濃度，盡量使各組分按比例同時析出來。

其原理是Fe+2Fe+8OH→Fe?O?+4H2O。具體如右圖。

沉淀法制備納米粒子時，F(xiàn)e、Fe的摩爾比直接影響產物的晶體結構;溶液的pH值、離子濃度、反應溫度等均影響微粒的尺寸大小。如何通過控制反映條件制備晶體結構單一、顆粒尺寸均勻的納米顆粒是沉淀法所面臨的主要問題。外沉淀劑的過濾、洗滌也是必須考慮的問題。

共沉淀法得到的四氧化三鐵納米粒子多為球形結構，粒徑較小(5~10nm)。但由于該反應的溫度比較低，所以得到的粒子的結晶性相對較差。而且，該法制備的納米Fe?O?微粒沉淀在洗滌、過濾和干燥時顆粒間易發(fā)生團聚，會影響納米Fe3O4的性能。

(2) 水解沉淀法

水解沉淀法就是利用堿性物質的水解釋放OH，常用的堿性物質有尿素、己二胺等，這些物質釋放OH的速度比較慢，在制備納米Fe3O4微粒時有利于生成顆粒均勻的納米顆粒，通常這種方法能制備出顆粒分布在7nm到39nm的納米顆粒。

(3) 超聲沉淀法

超聲能在溶劑中產生空化效應，產生的空化氣泡在10~11秒的極短時間內塌陷，泡內產生5000K左右的高溫。該系列空化作用與傳統(tǒng)攪拌技術相比更容易實現(xiàn)介觀均勻混合，消除局部濃度不均，提高反應速度，刺激新相的形成，而且對團聚還可以起到剪切作用，有利于微小顆粒的形成。超聲波技術的應用對體系的性質沒有特殊的要求，只要有傳輸能量的液體介質即可。Vijayakumar.R等用高強度超聲波的輻射，從乙酸鐵鹽水溶液制得粒徑為10nm，具有超順磁性的Fe3O4顆粒。

(4) 醇鹽水解法

利用醋酸鈉在水中電離生成醋酸根的還原作用，在高壓反應釜中180℃左右將Fe部分還原Fe，Yonghui Deng等用FeCl?醋酸鈉和乙二醇在高壓反應釜中加熱200℃8h即制得了具有超順磁性的Fe3O4納米顆粒。

(5) 螯合物分解法

該法原理是金屬離子與適當?shù)呐潴w形成常溫穩(wěn)定的絡合物，在適宜的溫度和pH值時絡合物被破壞，金屬離子重新釋放出來與溶液中的OH離子及外加沉淀劑、氧化劑作用生成不同價態(tài)不溶性的金屬氧化物、氫氧化物、鹽等沉淀物，進一步處理可得一定粒徑甚至一定形態(tài)的納米粒子。

2、水熱(溶劑熱)法

水熱(溶劑熱)反應是高溫高壓下在水溶液(有機溶劑)或蒸氣等流體中進行的有關化學反應的總稱。水熱法是近十余年發(fā)展起來的一種制備納米粉體的合成，用此法所制備的Fe3O4粒徑小、粒度較均勻、不需要高溫煅燒預處理，并可實現(xiàn)多價離子的摻雜。然而，由于水熱法要求使用耐高溫、高壓的設備，因而此法成本較高，難以實現(xiàn)規(guī)模化生產。

水熱法制備納米Fe3O4大多采用無機鐵鹽(FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、FeSO4)和有機鐵鹽(二茂鐵Fe(C5H5)2)作為先驅體，以聯(lián)氨、聚乙烯基乙二醇、PVP等作為表面活性劑,在低于200℃的堿性溶液條件下合成。

Shouheng Sun用水熱方法制備了粒徑可控的超順磁性Fe3O4顆粒。首先以Fe(acac)?為Fe源制備粒徑為4nm的Fe3O4顆粒，然后以粒徑為4nm的Fe3O4顆粒為晶種，通過控制保溫時間等因素分別制備了粒徑分別為6、8、12、16nm的Fe3O4納米顆粒。

Zhen Li等報道了采用常見的FeCl3·H2O替代價格昂貴的Fe(acac)作為前驅體，制備了Fe3O4納米顆粒。

Yadong Li等報道了以FeCl3·6H2O、NaAC、EG、PEG為原料制備了單分散性的Fe3O4納米顆粒，且粒徑尺寸可調。

3、微乳化法

微乳化法是指兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，也就是雙親分子將連續(xù)介質分割成微小空間而形成微型反應器，反應物在其中反應生成固相，由于成核、晶體生長、聚結、團聚等過程受到微反應器的限制，從而形成包裹有一層表面活性劑并且有一定凝聚態(tài)結構和形態(tài)的納米顆粒。

微乳液法制備納米催化劑，具有所需設備簡單、實驗條件溫和、粒子尺寸可控等優(yōu)點，這是其它方法所不能比擬的。因此，成為納米催化劑合成中令人十分關注的技術。關于微乳液法制備納米催化劑方法的研究多集中于對粒子尺寸的控制上，關于對粒子單分散性的控制研究還比較少。

4、溶膠-凝膠法(sol-gel)

該法是利用金屬醇鹽的水解和聚合反應制備金屬氧化物或金屬氫氧化物的均勻溶膠，再濃縮成透明凝膠，凝膠經干燥熱處理后制得氧化物超微粉的。Sol-gel方法的缺點是采用金屬醇鹽作為原料致使成本偏高，且凝膠化過程合成周期長。同時，應用sol-gel法制備粒徑100nm以下的納米顆粒還未見報道。

此外，其它制備方法如微波法、熱解羰基前軀體法、超聲法、空氣氧化法、熱解-還原法、多元醇還原法等相繼有報道。

海巖冰等用FeSO4溶液加入氨水溶液在微波爐中8s即得到黑色的Fe3O4納米顆粒。Alivasatos等用熱解羰基前軀體法制備出了單分散的γ-Fe3O4納米粒子，此后該法在制備單分散的磁性氧化物納米粒子中得到了廣泛的應用。Liu等采用多元醇還原法，利用乙酰丙酮亞鐵和乙酰丙酮合鉑在高溫液相中的還原反應制取了直徑為3nm的FePt磁性納米粒子，該粒子在表面活性劑的保護下呈現(xiàn)單分散狀態(tài)。孟哲等人在室溫下pH=10左右的環(huán)境中采用氧化誘導、空氣氧化Fe(OH)2懸浮液成功制備出高純度、磁性強、球形分布的Fe?O?超細粉體。

在當代電氣化和信息化社會中，磁性材料的應用非常廣泛。四氧化三鐵磁性材料作為一種多功能磁性材料，在腫瘤的治療、微波吸收材料、催化劑載體、細胞分離、磁記錄材料、磁流體、醫(yī)藥等領域均已有廣泛的應用，這種材料很有發(fā)展前景。

納米(nm)是繼厘米、微米之后的目前最小的一種計量單位，1納米為百萬分之一毫米，即毫微米，也就是十億分之一米。納米結構則通常指尺寸在100納米以下的微小結構。它的最終目標是以原子和分子來構造具有特定功能的產品，其部分材料的耐磨性是黃銅的27倍，鋼鐵的7倍。因此納米技術就是一種用單個原子、分子制造物質的技術。我國已將納米技術列入國家"863"高科技計劃，并已成功運用到航空、航天、涂料、服裝、水彩、橡塑、醫(yī)學、半導體、化工等各個領域。納米涂料自2001年申請專利以來，已在全國20多個省市，數(shù)十個生產廠成功應用。

納米技術的應用是世界科技的標志。納米技術在涂料行業(yè)的應用和發(fā)展，促使涂料更新?lián)Q代，為涂料成為真正的綠色環(huán)保產品開創(chuàng)了突破性的新紀元。納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出納米涂料在建筑領域里的應用價值。我所研制的水性環(huán)保納米漆防水、防火、防霉、耐酸堿、無毒無味，氣味清新，已全面通過國家建筑材料測試中心性能及"無毒害"(綠色)室內物質限量抽樣檢測合格，屬于真正安全、健康、環(huán)保產品。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解、消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種霉菌的殺抑率達99%以上。有長期的防霉防藻效果，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學校的涂裝。納米外墻涂料，利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優(yōu)良的自潔功能，強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗刷性在10000次以上，具有良好的保光保色功能，抗紫外線能力極強。使用壽命長達10-15年以上。顆粒徑細小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質配位反應，使其牢牢結合成一體，附著力強，不起皮、不剝落、抗老化。其納米抗凍性功能涂料，除具備納米型涂料各種優(yōu)良性之外，可在-10οC到-25οC之內正常施工。突破了建筑涂料不能在0οC以下施工的先例。而且納米涂料又可濕涂，打破了建筑涂料要求墻體濕度在10%以下的規(guī)定，使建筑行業(yè)施工縮短了工期，提高了功效，又創(chuàng)造出高質量，一舉三得。所以倍受建筑施工單位的歡迎和贊譽。