專利名稱：一種磁性納米物質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁性材料及納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有在有機(jī)溶劑當(dāng)中均勻分
散的納米磁性物質(zhì)及其制備方法。
背景技術(shù)：
在目前的磁性物質(zhì)領(lǐng)域，制備方法多采用共沉淀法，但是這種方法制備的磁性物 質(zhì)結(jié)晶性差，粒徑分布不均且主要集中在大粒徑范圍。而粒徑大的磁性粒子具有偶極矩，使 磁性納米粒子的應(yīng)用受到很大制約。磁性粒子要想具有超順磁性，其粒徑必須足夠小，達(dá) 到10nm級別。小粒徑的超順磁性如果應(yīng)用到生物領(lǐng)域是極具吸引力的，因為借助于這種性 質(zhì)，磁性物質(zhì)很難在生物體內(nèi)聚集成塊，同時它們在空氣中穩(wěn)定，在生物體內(nèi)可以通過新陳 代謝自然排出。為了獲得具有這種性質(zhì)的磁性物，急需一種更好的制備手段，熱降解法也就 應(yīng)運而生了。 熱降解法被用來制備有機(jī)金屬化合物首先是應(yīng)用于硒化鎘上，隨著技術(shù)的發(fā)展， 逐漸用于制備磁性金屬粒子和金屬氧化物粒子。這種方法相對于傳統(tǒng)方法來說，具有很好 的尺寸控制性、較窄的尺寸分布以及非常好的結(jié)晶性。在尺寸大小方面，傳統(tǒng)的共沉淀法正 態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差在0. 2-0. 4之間，而熱降解法只有0. 1-0. 15左右。由于這種方法制備簡單且 重復(fù)性好，粒子大小均一、結(jié)晶性高、因此被廣泛的采用。 熱降解法主要是依靠高溫加熱使有機(jī)金屬化合物分解從而制得磁性粒子。在反應(yīng) 過程中，通常是在高溫下使用高沸點的有機(jī)溶劑作為配體，主要包括一些長鏈的表面活性 劑，諸如油酸、烷基胺等物質(zhì)。這些有機(jī)物吸附在粒子表面，不僅可以增強(qiáng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性，而 且對反應(yīng)還具有促進(jìn)作用。通過鐵鹽制備得到的五羰基鐵、乙酰丙酮鐵和油酸鐵等化合物 已經(jīng)可以作為熱降解反應(yīng)的前驅(qū)體，即反應(yīng)物。磁性物質(zhì)的尺寸、形狀和粒徑分布等特征均 隨著前驅(qū)體的不同而有所差異。制備具有單分散性的晶體粒子主要分為兩個步驟，即成核 階段和生長階段。成核階段是指在反應(yīng)溶液中，金屬離子的濃度隨著降解的進(jìn)行而不斷升 高，當(dāng)濃度增大到超過其過飽和濃度時，均一的成核反應(yīng)將會開始進(jìn)行。隨后到達(dá)晶體表面 的溶質(zhì)長入晶面，使晶體增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種磁性納米物質(zhì)及其制備方法，通過熱降解法制備出一 種粒徑小且均勻的磁性物質(zhì)Fe304，具有優(yōu)異的超順磁性，同時還可以均勻分散在有機(jī)溶劑 中。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是 —種磁性納米物質(zhì)，其是一種表面被有機(jī)配體長鏈胺包覆的納米磁性物質(zhì)，該物 質(zhì)的粒徑很小，小于10nm，可以在有機(jī)溶劑如甲苯、正己烷中均勻分散，具有非常好的油溶 性。因外面包覆有機(jī)配體，易于保存，性能穩(wěn)定，不易被氧化。
所述的長鏈胺為十八胺、十二胺；所述納米磁性物質(zhì)為Fe304。
—種磁性納米物質(zhì)的制備方法，以長鏈胺為表面活性劑、高沸點的有機(jī)物為溶劑， 對含碳的鐵鹽進(jìn)行高溫降解反應(yīng)得到該磁性納米物質(zhì)Fe304， Fe304與表面活性劑，例如十二 胺，通過電子對的結(jié)合從而生成帶有有機(jī)配體的Fe304磁性物。生成的納米磁性物質(zhì)的粒徑
低于20mm。
進(jìn)一步，其包括以下步驟1)含碳鐵鹽與長鏈胺以1 : 2的摩爾比混合，溶劑完全溶解含碳鐵鹽及長鏈胺；2)對步驟1)中混合溶解的物質(zhì)加熱并通入氮氣攪拌；3)保持溫度穩(wěn)定，產(chǎn)物加熱至呈黑色；4)產(chǎn)物用熱的丙酮溶解并置于離心機(jī)中離心，得到最終產(chǎn)物納米磁性物質(zhì)。所述含碳鐵鹽為硬脂酸鐵、硬脂酸亞鐵、油酸鐵、五羰基鐵；所述長鏈胺為十八胺、
十二胺;所述溶劑為十八碳烯。所述步驟2)中對混合溶解物質(zhì)加熱采用沙浴。所述溫度保持在330-350°C 。所述丙酮溶劑溫度控制在45-50°C 。前述磁性納米物質(zhì)被膠囊包覆，用于藥物輸送。前述磁性納米物質(zhì)應(yīng)用于磁流體、磁共振成像、傳感器以及數(shù)據(jù)存儲。本發(fā)明首次采用硬脂酸亞鐵在高溫下降解來制得產(chǎn)物，通過調(diào)節(jié)表面活性劑十二
胺及溶劑十八碳烯的用量可以獲得不同粒徑的納米粒子，實現(xiàn)控制反應(yīng)結(jié)果的目的。 本發(fā)明所述的磁性物質(zhì)以下述方法合成硬脂酸亞鐵與表面活性劑十二胺按照 1 : 2的摩爾比添加，隨后與一定量的高溫溶劑十八碳烯在三頸瓶中混合均勻，十八碳烯 的用量以能夠完全溶解反應(yīng)物即可。埋入沙浴中加熱，通入氮氣同時不斷攪拌，當(dāng)溫度升 到33(TC時，保持溫度穩(wěn)定，持續(xù)加熱30分鐘，當(dāng)產(chǎn)物變?yōu)楹谏珪r，取出，隨后用熱的丙酮溶 解，由于丙酮的沸點是55t:，因此熱丙酮的溫度控制在45-5(rC左右。產(chǎn)物用丙酮溶解后再 置于離心機(jī)中離心，以去除十八碳烯以及游離的十二胺，將產(chǎn)物干燥從而獲得終產(chǎn)物。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點本發(fā)明的合成步驟簡單，分離提純方 便，易于實現(xiàn)工業(yè)化。該磁性物質(zhì)穩(wěn)定性較高，不易氧化，無毒副作用，可被多種膠囊包覆而 用于生物體內(nèi)(如生物醫(yī)用材料)，基于其較好的磁性，因此可在外加磁場的作用下定向到 達(dá)靶位，具有定向運輸?shù)墓δ?，且可以在新陳代謝的作用下可排出體外。也可以應(yīng)用于諸如 磁流體、磁共振成像、傳感器以及數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明制備納米磁性物質(zhì)的具體反應(yīng)流程圖。
圖2為附有有機(jī)配體的Fe304的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實施例1 2.5克硬脂酸亞鐵，1.5克十二胺，即硬脂酸亞鐵與十二胺的摩爾比為1 : 2，多次 實驗發(fā)現(xiàn)此配比的效果最好。10ml十八碳烯混合后置于三頸瓶中，在加熱的同時不斷向其中通入氮氣并攪拌，當(dāng)溫度升到33(TC時，保持溫度恒定，持續(xù)加熱30min，當(dāng)產(chǎn)物顏色由紅 變黑時取出，隨后用熱的丙酮將產(chǎn)物溶解，置于離心機(jī)中離心(lOOOOr/min)，去除雜質(zhì)，雜 質(zhì)主要是未反應(yīng)的原料及游離的十二胺。最后得到的產(chǎn)物為純黑色，磁性強(qiáng)，可均勻分散在 有機(jī)溶劑甲苯中，其粒徑為10nm左右。 將干燥后的產(chǎn)物使用磁強(qiáng)計測量，其磁化強(qiáng)度可以達(dá)到30emu/g。
實施例2 同實施例l，但溶劑十八碳烯的用量增加一倍，達(dá)到20ml。同等反應(yīng)條件下制備得 到的產(chǎn)物在透射電鏡下可以看到其粒徑更為均勻且晶體輪廓清晰，磁化強(qiáng)度達(dá)到40emu/g。 這是因為在較多溶劑存在的情況下，盡管其結(jié)晶速率降低，但是因為硬脂酸亞鐵在溶劑中 分散的更加均勻，有更加充分的空間進(jìn)行單個粒子的結(jié)晶，所有晶形更加完整，磁性能也就 更高。其粒徑與實施例l無明顯區(qū)別，只是輪廓更加的清晰，結(jié)晶效果更好，從而磁性也更 強(qiáng)。 實施例3 同實施例l，表面活性劑十二胺的用量增加一倍，為3. 0克，同等條件制備的產(chǎn)物 經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)晶形不夠完整，粒徑非常小但是磁化強(qiáng)度也較低。在產(chǎn)物干燥后可以看到黑 色的產(chǎn)物極易變?yōu)楹诤稚?，這說明發(fā)生了氧化反應(yīng)，F(xiàn)e^4轉(zhuǎn)變?yōu)椋?203，同時析出較多的白 色十二胺。這是因為在表面活性劑過量的情況下，磁性物質(zhì)尚未結(jié)晶完全其表面就吸附上 了十二胺配體，從而阻止了離子在磁性物晶體表面吸附，造成產(chǎn)物結(jié)晶性差。該反應(yīng)制備的 產(chǎn)物粒徑為8nm左右，輪廓比較模糊，結(jié)晶性與例1與例2相比較差。 本發(fā)明的磁性物質(zhì)的粒徑可以通過控制反應(yīng)物的用量及反應(yīng)時間等條件進(jìn)行調(diào) 控，實驗發(fā)現(xiàn)在其它條件不變的情況下，十二胺的用量增加產(chǎn)物的粒徑更小，當(dāng)延長反應(yīng)的 時間時，產(chǎn)物的粒徑會有稍許的增大，但不超過10nm。 總的來說，本發(fā)明制得的磁性納米物質(zhì)粒徑小且磁性較強(qiáng)，有非常好的超順磁性， 基于其外表附有長鏈胺配體，因此可在有機(jī)溶劑當(dāng)中分散。且該磁性物質(zhì)可被多種膠囊包 覆用于生物體內(nèi)(如生物醫(yī)用材料)，基于其較好的磁性，因此可在外加磁場的作用下定向 到達(dá)靶位，具有定向運輸?shù)墓δ堋?本發(fā)明應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)上時需注意以下兩點問題一是反應(yīng)過程中溫度以及N2的通 入速度一定要控制好，因為反應(yīng)溫度在35(TC左右，該溫度已經(jīng)超過了溶劑十八碳烯的沸 點，因此要注意通入N2的速度，避免溶劑過快的揮發(fā)掉，導(dǎo)致生產(chǎn)失敗。二是要注意反應(yīng)物 一定要攪拌均勻并受熱均勻，否則易發(fā)生反應(yīng)不完全從而導(dǎo)致產(chǎn)物不純。
上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種磁性納米物質(zhì)，其特征在于其是一種表面被有機(jī)配體長鏈胺包覆的納米磁性物質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁性納米物質(zhì)，其特征在于所述的長鏈胺為十八胺、十二胺； 所述納米磁性物質(zhì)為Fe3(V
3. 如權(quán)利要求1所述的磁性納米物質(zhì)的制備方法，其特征在于以長鏈胺為表面活性 劑、高沸點的有機(jī)物為溶劑，對含碳的鐵鹽進(jìn)行高溫降解反應(yīng)得到該磁性納米物質(zhì)。
4. 如權(quán)利要求3所述的磁性納米物質(zhì)的制備方法，其特征在于其包括以下步驟1) 含碳鐵鹽與長鏈胺以1 : 2的摩爾比混合，溶劑完全溶解含碳鐵鹽及長鏈胺；2) 對步驟1)中混合溶解的物質(zhì)加熱并通入氮氣攪拌； 3) 保持溫度穩(wěn)定，產(chǎn)物加熱至呈黑色；4) 產(chǎn)物用熱的丙酮溶解并置于離心機(jī)中離心，得到最終產(chǎn)物納米磁性物質(zhì)。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的磁性納米物質(zhì)的制備方法，其特征在于所述含碳鐵鹽為 硬脂酸鐵、硬脂酸亞鐵、油酸鐵、五羰基鐵；所述長鏈胺為十八胺、十二胺；所述溶劑為十八 碳烯。
6. 如權(quán)利要求4所述的磁性納米物質(zhì)的制備方法，其特征在于所述步驟2)中對混合 溶解物質(zhì)加熱采用沙浴。
7. 如權(quán)利要求4所述的磁性納米物質(zhì)的制備方法，其特征在于所述溫度保持在330-350°C。
8. 如權(quán)利要求4所述的磁性納米物質(zhì)的制備方法，其特征在于所述丙酮溶劑溫度控制在45-50°C。
9. 如權(quán)利要求1所述的磁性納米物質(zhì)被膠囊包覆，用于藥物輸送。
10. 如權(quán)利要求1所述的磁性納米物質(zhì)應(yīng)用于磁流體、磁共振成像、傳感器以及數(shù)據(jù)存儲。
全文摘要
一種磁性納米物質(zhì)及其制備方法，該磁性納米物質(zhì)表面包覆有有機(jī)配體長鏈胺，其以長鏈胺為表面活性劑、高沸點的有機(jī)物為溶劑，對含碳的鐵鹽進(jìn)行高溫降解反應(yīng)制得該磁性納米物質(zhì)。該磁性物質(zhì)穩(wěn)定性較高，不易氧化，無毒副作用，可被多種膠囊包覆而用于生物體內(nèi)(如生物醫(yī)用材料)，基于其較好的磁性，因此可在外加磁場的作用下定向到達(dá)靶位，具有定向運輸?shù)墓δ?，且可以在新陳代謝的作用下可排出體外。也可以應(yīng)用于諸如磁流體、磁共振成像、傳感器以及數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域。
文檔編號B82B3/00GK101710514SQ200910201399
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者萬德成, 岳興國, 朱繪美, 王曉明 申請人:同濟(jì)大學(xué)