納米鐵制備方法

納米鐵的制備方法可分為物理法和化學(xué)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(zhì)中急劇冷凝。這種方法制得的納米微粒純度高，結(jié)晶組織好，且有利于粒度的控制，但是技術(shù)設(shè)備相對(duì)要求高。

依據(jù)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(nèi)通入高純度惰性氣體(Ar或He)，對(duì)蒸發(fā)物質(zhì)真空加熱蒸發(fā)，產(chǎn)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(tuán)簇，并在液氮冷卻棒上聚集起來(lái);

(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(dǎo)入一定壓力的惰性氣體，利用高溫?zé)嵩串a(chǎn)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(shí)等離子體又與熔化金屬發(fā)生物化反應(yīng)，促使鐵水蒸發(fā)。鐵蒸汽經(jīng)循環(huán)泵送到集粉器中冷凝、沉積，再經(jīng)穩(wěn)定化處理后，得到納米鐵。制備過(guò)程中，工藝參數(shù)可以控制納米粒徑的大小和生產(chǎn)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(lái)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(yáng)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(lái)，形成超微粒子，并在附著面上沉積下來(lái)。

濺射法又可分為:①離子濺射，即在電場(chǎng)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(zhǎng);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(tuán)。

2. 高能球磨法:高能球磨法是一個(gè)無(wú)外部熱能供給的高能球磨過(guò)程，也是一個(gè)由大晶粒變?yōu)樾【Я５倪^(guò)程。其原理是把金屬粉末在高能球磨機(jī)中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，將回轉(zhuǎn)機(jī)械能傳遞給金屬粉末，并在冷態(tài)下反復(fù)擠壓和破碎，使之成為彌散分布的超細(xì)粒子。其工藝簡(jiǎn)單，制備效率高，且成本低，但制備中易引入雜質(zhì)，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(lái)的一種獨(dú)特的納米材料制備方法，它是指材料在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的作用下發(fā)生嚴(yán)重塑性變形，從而將材料的晶粒尺寸細(xì)化到亞微米級(jí)或納米級(jí)。

1. 化學(xué)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(xué)還原法:通常是先將金屬鐵離子與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基體組成物通過(guò)溶膠凝膠法合成出硬凝膠前驅(qū)體，再經(jīng)過(guò)熱處理和H2還原制備出納米金屬鐵與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體共同組成的復(fù)合微粒。

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

③ 氣相化學(xué)還原法:主要是由H2或CO2還原固態(tài)金屬鐵鹽，制備過(guò)程中，控制氣體的停留時(shí)間和快速冷卻才能得到無(wú)團(tuán)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(jī)溶劑和水組成的熱力學(xué)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(xì)胞的自組織和自復(fù)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(shí)，不溶于水的非極性物質(zhì)作為分散相油相，反應(yīng)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(yīng)器控制膠粒成核生長(zhǎng)。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(shí)，由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞微乳液水核內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(yīng)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(nèi)部應(yīng)力，減少雜質(zhì)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(chǎn)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(zhǎng)，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(yīng)器,以水溶液作為反應(yīng)介質(zhì),在一定的溫度和高壓環(huán)境下進(jìn)行一系列的化學(xué)和物理反應(yīng)實(shí)現(xiàn)鐵基納米粉末的制備。

6. 活性氫-熔融金屬反應(yīng)法:含有氫氣的等離子體與金屬鐵間產(chǎn)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(yīng)后釋放。熔融的鐵經(jīng)強(qiáng)制蒸發(fā)冷凝后，在氣體中形成鐵的超微粒子。

以上參考

該物質(zhì)可以用作特殊的催化劑，也可作為還原劑。

化學(xué)方程式:H2+FeCl2

納米型快速電烙鐵頭的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn):氮化鋁碳納米管技術(shù)，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(zhǎng)壽命。即用即熱，無(wú)需保溫，可生產(chǎn)1個(gè)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(shí)同普通型30 W外熱型或20 W內(nèi)熱型效果相同，節(jié)能80%以上，并且在保溫時(shí)節(jié)能100%，其壽命也可延長(zhǎng)數(shù)倍至數(shù)十倍以上。廣泛應(yīng)用于電子、電器、通信、家電等產(chǎn)品的生產(chǎn)、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(jí)別，稱為四氧化三鐵磁性顆粒。

2013來(lái)，有關(guān)納米Fe?O?制備的文獻(xiàn)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(xué)者們研究的熱點(diǎn)。在相關(guān)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(jīng)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(bào)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(jiǎn)單成本較低，產(chǎn)品純度高，組成均勻，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，成為最常用的納米顆粒的制備方法。同時(shí)，通過(guò)向沉淀混合液中加入有機(jī)分散劑或絡(luò)合劑可提高納米粒子的分散性，克服納米粒子易團(tuán)聚的缺點(diǎn)。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(yáng)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(yáng)離子的鹽溶液慢慢加入到過(guò)量的沉淀劑中進(jìn)行攪拌，使所有離子的濃度大大超過(guò)沉淀的平衡濃度，盡量使各組分按比例同時(shí)析出來(lái)。

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(shí)，F(xiàn)e、Fe的摩爾比直接影響產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu);溶液的pH值、離子濃度、反應(yīng)溫度等均影響微粒的尺寸大小。如何通過(guò)控制反映條件制備晶體結(jié)構(gòu)單一、顆粒尺寸均勻的納米顆粒是沉淀法所面臨的主要問(wèn)題。外沉淀劑的過(guò)濾、洗滌也是必須考慮的問(wèn)題。

共沉淀法得到的四氧化三鐵納米粒子多為球形結(jié)構(gòu)，粒徑較小(5~10nm)。但由于該反應(yīng)的溫度比較低，所以得到的粒子的結(jié)晶性相對(duì)較差。而且，該法制備的納米Fe?O?微粒沉淀在洗滌、過(guò)濾和干燥時(shí)顆粒間易發(fā)生團(tuán)聚，會(huì)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(zhì)的水解釋放OH，常用的堿性物質(zhì)有尿素、己二胺等，這些物質(zhì)釋放OH的速度比較慢，在制備納米Fe3O4微粒時(shí)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(chǎn)生空化效應(yīng)，產(chǎn)生的空化氣泡在10~11秒的極短時(shí)間內(nèi)塌陷，泡內(nèi)產(chǎn)生5000K左右的高溫。該系列空化作用與傳統(tǒng)攪拌技術(shù)相比更容易實(shí)現(xiàn)介觀均勻混合，消除局部濃度不均，提高反應(yīng)速度，刺激新相的形成，而且對(duì)團(tuán)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(shù)的應(yīng)用對(duì)體系的性質(zhì)沒(méi)有特殊的要求，只要有傳輸能量的液體介質(zhì)即可。Vijayakumar.R等用高強(qiáng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)?shù)呐潴w形成常溫穩(wěn)定的絡(luò)合物，在適宜的溫度和pH值時(shí)絡(luò)合物被破壞，金屬離子重新釋放出來(lái)與溶液中的OH離子及外加沉淀劑、氧化劑作用生成不同價(jià)態(tài)不溶性的金屬氧化物、氫氧化物、鹽等沉淀物，進(jìn)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(yīng)是高溫高壓下在水溶液(有機(jī)溶劑)或蒸氣等流體中進(jìn)行的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱法是近十余年發(fā)展起來(lái)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(yù)處理，并可實(shí)現(xiàn)多價(jià)離子的摻雜。然而，由于水熱法要求使用耐高溫、高壓的設(shè)備，因而此法成本較高，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

水熱法制備納米Fe3O4大多采用無(wú)機(jī)鐵鹽(FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、FeSO4)和有機(jī)鐵鹽(二茂鐵Fe(C5H5)2)作為先驅(qū)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(guò)控制保溫時(shí)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(bào)道了采用常見的FeCl3·H2O替代價(jià)格昂貴的Fe(acac)作為前驅(qū)體，制備了Fe3O4納米顆粒。

Yadong Li等報(bào)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(diào)。

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(zhì)分割成微小空間而形成微型反應(yīng)器，反應(yīng)物在其中反應(yīng)生成固相，由于成核、晶體生長(zhǎng)、聚結(jié)、團(tuán)聚等過(guò)程受到微反應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)備簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)條件溫和、粒子尺寸可控等優(yōu)點(diǎn)，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(guān)注的技術(shù)。關(guān)于微乳液法制備納米催化劑方法的研究多集中于對(duì)粒子尺寸的控制上，關(guān)于對(duì)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(yīng)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(jīng)干燥熱處理后制得氧化物超微粉的。Sol-gel方法的缺點(diǎn)是采用金屬醇鹽作為原料致使成本偏高，且凝膠化過(guò)程合成周期長(zhǎng)。同時(shí)，應(yīng)用sol-gel法制備粒徑100nm以下的納米顆粒還未見報(bào)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(bào)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(yīng)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(yīng)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(hù)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(dǎo)、空氣氧化Fe(OH)2懸浮液成功制備出高純度、磁性強(qiáng)、球形分布的Fe?O?超細(xì)粉體。

在當(dāng)代電氣化和信息化社會(huì)中，磁性材料的應(yīng)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(xì)胞分離、磁記錄材料、磁流體、醫(yī)藥等領(lǐng)域均已有廣泛的應(yīng)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(jì)量單位，1納米為百萬(wàn)分之一毫米，即毫微米，也就是十億分之一米。納米結(jié)構(gòu)則通常指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。它的最終目標(biāo)是以原子和分子來(lái)構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)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(shù)就是一種用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的技術(shù)。我國(guó)已將納米技術(shù)列入國(guó)家"863"高科技計(jì)劃，并已成功運(yùn)用到航空、航天、涂料、服裝、水彩、橡塑、醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體、化工等各個(gè)領(lǐng)域。納米涂料自2001年申請(qǐng)專利以來(lái)，已在全國(guó)20多個(gè)省市，數(shù)十個(gè)生產(chǎn)廠成功應(yīng)用。

納米技術(shù)的應(yīng)用是世界科技的標(biāo)志。納米技術(shù)在涂料行業(yè)的應(yīng)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(chǎn)品開創(chuàng)了突破性的新紀(jì)元。納米涂料已被認(rèn)定為北京奧運(yùn)村建筑工程的專用產(chǎn)品，展示出納米涂料在建筑領(lǐng)域里的應(yīng)用價(jià)值。我所研制的水性環(huán)保納米漆防水、防火、防霉、耐酸堿、無(wú)毒無(wú)味，氣味清新，已全面通過(guò)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心性能及"無(wú)毒害"(綠色)室內(nèi)物質(zhì)限量抽樣檢測(cè)合格，屬于真正安全、健康、環(huán)保產(chǎn)品。它利用獨(dú)特的光催化技術(shù)對(duì)空氣中有毒氣體有強(qiáng)烈的分解、消除作用。對(duì)甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內(nèi)空氣更加清新。經(jīng)測(cè)試，對(duì)各種霉菌的殺抑率達(dá)99%以上。有長(zhǎng)期的防霉防藻效果，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學(xué)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(jī)理，較低的表面張力，具有高強(qiáng)的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優(yōu)良的自潔功能，強(qiáng)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(qiáng)。使用壽命長(zhǎng)達(dá)10-15年以上。顆粒徑細(xì)小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質(zhì)配位反應(yīng)，使其牢牢結(jié)合成一體，附著力強(qiáng)，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(nèi)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(zhì)量，一舉三得。所以倍受建筑施工單位的歡迎和贊譽(yù)。