一种γ-Fe₂O₃纳米管的制备方法

专利名称：一种γ-Fe₂O₃纳米管的制备方法
一种Y-Fe203纳米管的制备方法技术领域'本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别是一种Y—Fe203纳米管的制备方法。
技术背景强磁场作为一种极端条件的特殊电磁场形态，能够将高强度的能量无接触地传递到物质 地原子尺度，改变原子和分子地排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生巨 大而深刻的影响。目前已在结晶凝固、粉末冶金、电析、烧结、络合、热处理、塑性加工、 对流传热、液体悬浮和分离等方面进行了广泛的探索性研究，涉及超导陶瓷材料、磁性材料、 高分子材料、金属材料等，形成一个全新的内涵丰富的研究方向。Y—Fe203具有良好的耐 候性、耐光性、磁性和对紫外线有良好的吸收和屏蔽效应，可广泛应用于闪光涂料、高磁记 录材料、气敏传感及生物医药工程等方面，而纳米尺度的Y—Fe203由于其特殊的尺寸，从而 具有不同于大块样品的性质，从而备受人们的关注，然而目前关于Y—Fe203纳米管的制备较 少，L. Suber，等在2005年制备了Y—Fe203纳米管(L. Suber等，Synthesis, morphology, and magnetic characterization of iron oxide nanowires and nanotubes, /.尸h;ys. CTzew. 5， 2005， 109， 7103)，具体制备过程如下首先在氮气氛围下以FeCl2和乙酰丙酮为原料制备出二乙酰丙酮 铁(II) (Fe(CH3COCHCO(0—)CH3)2)，再经过重结晶后作为制备Y—Fe203纳米管的原料； 将氧化铝薄膜整晚浸泡在二乙酰丙酮铁和柠檬酸的乙醇溶液中后，在60'C减压的条件下蒸发 乙醇形成凝胶，将薄膜干燥后进行热处理，升温过程为先rC/min升至20(TC并保温lh，接着 升温至270'C，保温24h，然后以rC/min的速度降到室温，整个制备过程都在N2气氛中进行。 从制备方法中可以看出制备工艺较为复杂，所需原料较多，而且从XRD结果中可以看出得到 的样品结晶性较差，这就使得广Fe203纳米管的进一步应用受到限制。 发明内容本发明的目的在于克服现有技术工艺复杂，且样鼎结晶性较差的缺点，提供一种结晶性 较好的、具有铁磁性质的Y—Fe203纳米管的制备方法，该方法采用廉价的Fe(N03)3为原料， 结合强磁场的作用，以达到简化制备工艺及原料的目的。本发明方法的反应方程式为4Fe(N03)3 = 2Y—Fe203 + 12N02f + 302 f 根据上述反应方程式，本发明利用Fe(N03)3为原料，结合强磁场制备^米管，其具体步 骤如下1. 将孔径为20 200nm的氧化铝薄膜浸泡在Fe(N03)3*9H20溶液中，浸泡时间为10 40min，取出薄膜并擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中40 80'C烘2 4h。2. 重复上述过程三次，每次浸泡时间为5 15min。每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入 真空烘箱中烘干，烘烤时间为2 4h。3. 将上述烘干的氧化铝薄膜放入装有超导磁体的加热炉中进行处理。4. 热处理过程依次按照首先从室温以0.5 2'C/min速率升温至150'C,接着以5 10 'C/min的速率升温到400 600'C并保温0.5 10h，最后自然冷却到室温，该过程从开始到 冷却到室温整个过程都施加0.2 35T的磁场。磁场的方向垂直于氧化铝薄膜平面。5. 取出氧化铝薄膜，将其溶解在NaOH (1 6M)溶液中，得到的红棕色沉淀分别用去 离子水、无水乙醇清洗，即可得到Y—Fe203纳米管。在本发明方法中，慢速升温至15(TC的目的是让残留的水分充分蒸发；在400 60(TC保 温的目的是为了让Fe(N03)3充分的分解，以便得到纯的样品。用本发明方法制备的Y—Fe203纳米管其结晶性较好，长度可达到约30tou直径约为 200 300nm，壁厚约为20nm。磁性能测试结果表明该Y—Fe203纳米管在常温下表现为铁磁 性。而且制备所需要的时间大大縮短，所用的试剂也极为简单和常见，且价格低廉。本发明方法所用试剂价格低廉，制备工^;简单，大大縮短了制备所需要的时间。
具体实施方式
实例l本实例的具体工艺步骤如下1. 将孔径为100nm的氧化铝薄膜浸泡在接近饱和的Fe(N03)3'9H20 (3M)溶液中，浸 泡时间为20min，取出薄膜并擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中60'C烘烤3h。2. 重复上述过程三次，每次浸泡时间依次为10min、 5min、 5min。每次浸泡后取出氧化 铝薄膜，放入真空烘箱中烘干，烘烤时间3h。3. 将上述烘干的氧化铝薄膜放入含有超导磁体的加热炉中进行錄理，磁场大小为12T， 方向为垂直于氧化铝薄膜平面。4. 热处理过程依次按照首先以rC/min升温至15(TC，接着以8.5°C/min的速率升温 至50(TC并保温2h,最后自然冷却到室温。5. 取出氧化铝薄膜，将其溶解在5M的NaOH溶液中，得到的红棕色沉淀，先用去离子 水洗至中性，然后再用无水乙醇清洗三到四次便得到Y一Fe203纳米管。通过样品的形貌、相组成及磁测量的结果表明，本实施例制备的Y一Fe203纳米管具有较好的结晶性，长度约为30(im,并且在常温下表现为铁磁性质。 实例2将孔径为100nm的氧化铝薄膜浸泡在2M的Fe(N03)3*9H20溶液中40min，取出薄膜并 擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中50'0:烘3.511。重复上述过程三次，每次浸泡时间依次为 15min、 5min、 5min。每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入真空烘箱中烘干，烘烤时间3.5h。 将烘干的氧化铝薄膜放入12T的垂直磁场中进行热处理。热处理过程依次按照首先以2'C /min升温至150'C，接着以5'C/min的速率升温至40(TC并保温10h，最后自然冷却到室温。 取出氧化铝薄膜，将其溶解在6M的NaOH溶液中，得到的红棕色沉淀，先用去离子水洗至 中性，然后再用无水乙醇清洗三到四次便得到Y—Fe203纳米管。实例3将孔径为200nm的氧化铝薄膜浸泡在4M的Fe(N03)3*9H20溶液中20min，取出薄膜并 擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中8(TC烘2h。重复上述过程三次，每次浸泡时间依次为 15min、 10min、 5min。每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入真空烘箱中烘干，烘烤时间2h。 将烘干的氧化铝薄膜放入12T的垂直磁场中进行热处理。热处理过程依次按照首先以0.5 。C/min升温至150°C，接着以10°C/min的速率升温至60(TC并保温5h，最后自然冷却到室温。 取出氧化铝薄膜，将其溶解在3M的NaOH溶液中，得到的红棕色沉淀，先用去离子水洗至 中性，然后再用无水乙醇清洗三到四次便得到Y—Fe203纳米管。实例4将孔径为20nm的氧化铝薄膜浸泡在1M的Fe(N03)3'9H20溶液中10min，取出薄膜并 擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中4(TC烘4h。重复上述过程三次，每次浸泡时间依次为 10min、 10min、 5min。每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入真空烘箱中烘干，烘烤时间4h。 将烘干的氧化铝薄膜放入0.21的垂直磁场中进行热处理。热处理过程依次按照首先以1.5 °C/min升温至150°C，接着以8°C/min的速率升温至50(TC并保温8h，最后自然冷却到室温。 取出氧化铝薄膜，将其溶解在lM的NaOH溶液中，得到的红棕色沉淀，先用去离子水洗至 中性，然后再用无水乙醇清洗三到四次便得到Y一Fe203纳米管。实例5将孔径为50nm的氧化铝薄膜浸泡在2.5M的Fe(N03)3'9H20溶液中15min,取出薄膜并 擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中70'。烘2.511。重复上述过程三次，每次浸泡时间依次变
为15min、 5min、 5min。每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入真空烘箱中烘千，烘烤时间2.5h。 将烘干的氧化铝薄膜放入3T的垂直磁场中进行热处理。热处理过程依次按照首先以rc /min升温至150°C ，接着以6'C/min的速率升温至45(TC并保温5h，最后自然冷却到室温。 取出氧化铝薄膜，将其溶解在4M的NaOH溶液中，得到的红棕色沉淀，先用去离子水洗至 中性，然后再用无水乙醇清洗三到四次便得到Y—Fe203纳米管。 实例6将孔径为100nm的氧化铝薄膜浸泡在3M的Fe(N03)3*9H20溶液中20min，取出薄膜并 擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中6CTC烘3h。重复上述过程三次，每次浸泡时间依次变 为lOmin、 5min、 5min。每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入真空烘箱中烘干，烘烤时间3h。 将烘千的氧化铝薄膜放入6T的垂直磁场中进行热处理。热处理过程依次按照首先以1'C /min升温至150'C，接着以7'C/min的速率升温至550'C并保温3h，最后自然冷却到室温。 取出氧化铝薄膜，将其溶解在5M的NaOH溶液中，得到的红棕色沉淀，先用去离子水洗至 中性，然后再用无水乙醇清洗三到四次便得到Y—Fe203纳米管。实例7将孔径为200nm的氧化铝薄膜浸泡在3M的Fe(N03)y9H20溶液中40min，取出薄膜并 擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中6(TC烘4h。重复上述过程三次，每次浸泡时间依次为 10min、 10min、 5min。每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入真空烘箱中烘干，烘烤时间4h。 将烘干的氧化铝薄膜放入19T的垂直磁场中进行热处理。热处理过程依次按照:首先以0.5 °C/min升温至150°C,接着以9'C/min的速率升温至500'C并保温6h，最后自然冷却到室温。 取出氧化铝薄膜，将其溶解在6M的NaOH溶液中，得到的红棕色沉淀，先用去离子水洗至 中性，然后再用无水乙醇清洗三到四次便得到广Fe203纳米管。实例8将孔径为100nm的氧化铝薄膜浸泡在2M的Fe(N03)y9H20溶液中30min，取出薄膜并 擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中6(TC烘4h。重复上述过程三次，每次浸泡时间依次为 15min、 5min、 5min。每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入真空烘箱中烘干，烘烤时间4h。将 烘干的氧化铝薄膜放入35T的垂直磁场中进行热处理。热处理过程依次按照:首先以rC/min 升温至150'C，接着以8'C/min的速率升温至55(TC并保温3h，最后自然冷却到室温。取出 氧化铝薄膜，将其溶解在3.5M的NaOH溶液中，得到的红棕色沉淀，先用去离子水洗至中 性，然后再用无水乙醇清洗三到四次便得到Y—Fe203纳米管。
权利要求
1、一种γ-Fe2O3纳米管的制备方法，其特征在于具体的步骤如下(1)将孔径为20～200nm氧化铝薄膜浸泡在Fe(NO3)3·9H2O溶液中，浸泡时间为10～40min，取出薄膜并擦干净表面的溶液，放入真空烘箱中40～80℃烘烤2～4h；(2)重复上述过程三次，每次浸泡时间为5～15min；每次浸泡后取出氧化铝薄膜，放入真空烘箱中烘干，烘烤时间为2～4h；(3)将烘干的氧化铝薄膜放入装有超导磁体的加热炉中处理；(4)热处理过程依次按照首先从室温以0.5～2℃/min速率升温至150℃，接着以5～10℃/min的速率升温到400～600℃并保温0.5～10h，最后自然冷却到室温，在热处理过程中从开始到冷却至室温的整个过程都施加0.2～35T的磁场，磁场的方向垂直于氧化铝薄膜平面；(5)冷却后取出氧化铝薄膜，将其溶解在NaOH(1～6M)溶液中，得到的红棕色沉淀分别用去离子水、无水乙醇清洗，即可得到γ-Fe2O3纳米管。
全文摘要
本发明涉及一种γ-Fe₂O₃纳米管的制备方法。该方法的步骤为首先将氧化铝薄膜在Fe(NO₃)₃溶液中浸泡后烘干，然后将烘干后的薄膜放入装有磁场的烧结炉中热处理；最后将冷却后的薄膜溶解在NaOH溶液中，得到的沉淀依次再用去离子水、无水乙醇清洗，即可得到γ-Fe₂O₃纳米管。本发明方法所用试剂价格低廉，制备工艺简单，大大缩短了制备所需要的时间。经形貌、结构和磁性能分析，证明本发明方法制备的γ-Fe₂O₃纳米管具有较好的结晶性，长度可达约30μm，在300K时表现出铁磁性质。
文档编号C01G49/02GK101148271SQ200710099878
公开日2008年3月26日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者王军红, 王栋樑, 马衍伟 申请人:中国科学院电工研究所