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包含四氧化三铁纳米粒的聚电解质微囊的制备

刘晓庆?, 郑春丽?, 朱家壁*

(中国药科大学药剂研究所, 江苏南京 210009)

摘要: 本文以生物相容性四氧化三铁纳米粒 (ferrosoferric oxide nanoparticles, Fe3O4 NPs) 及聚烯丙基胺盐酸盐(poly allyamine hydrochloride, PAH) 为囊材, 制备包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊。本文采用化学共沉淀法制备Fe3O4 NPs, 并对其表观形态、红外光谱、粒径及zeta电位、成膜性能及磁学性质进行考察; 以Fe3O4 NPs 和PAH作为囊材, 碳酸钙粒子为模板, 通过迭层自组装技术制备聚电解质微囊。结果得到粒径为(4.9 ± 1.2) μm、分布均匀、饱和磁化强度为8.94 emu·g?1、具有超顺磁性的聚电解质微囊。以罗丹明B异硫氰酸酯标记的牛血清白蛋白(Rhodamin B isothiocyanate labeled bovine serum albumin, RBITC-BSA) 作为模型药物, 利用囊膜的pH敏感特性将其载入囊内。荧光显微镜观察和包封率测定结果表明, 该聚电解质微囊可成功实现大分子药物的包载, 测得包封率和载药量分别达到(86.08 ± 3.36) %和(8.01 ± 0.30) mg·mL?1。

关键词: 四氧化三铁纳米粒; 碳酸钙; 聚电解质微囊; 迭层自组装

中图分类号: R943 文献标识码:A 文章编号: 0513-4870 (2011) 01-0115-06

Preparation of polyelectrolyte microcapsules containing

ferrosoferric oxide nanoparticles

LIU Xiao-qing?, ZHENG Chun-li?, ZHU Jia-bi*

(Pharmaceutical Research Institute, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

Abstract: In this study, polyelectrolyte microcapsules have been fabricated by biocompatible ferrosoferric oxide nanoparticles (Fe3O4 NPs) and poly allyamine hydrochloride (PAH) using layer by layer assembly technique.

The Fe3O4 NPs were prepared by chemical co-precipitation, and characterized by transmission electron microscopy (TEM) and infrared spectrum (IR). Quartz cell also was used as a substrate for building multilayer films to evaluate the capability of forming planar film. The result showed that Fe3O4 NPs were selectively deposited on the surface of quartz cell. Microcapsules containing Fe3O4 NPs were fabricated by Fe3O4 NPs and PAH alternately self-assembly on calcium carbonate microparticles firstly, then 0.2 mol·L?1 EDTA was used to remove the cal-cium carbonate. Scanning electron microscopy (SEM), Zetasizer and vibrating sample magnetometer (VSM) were used to characterize the microcapsule’s morphology, size and magnetic properties. The result revealed that Fe3O4 NPs and PAH were successfully deposited on the surface of CaCO3 microparticles, the microcapsule manifested superparamagnetism, size and saturation magnetization were 4.9 ± 1.2 μm and 8.94 emu·g?1, respec-tively. As a model drug, Rhodamin B isothiocyanate labeled bovine serum albumin (RBITC-BSA) was encap-sulated in microcapsule depended on pH sensitive of the microcapsule film. When pH 5.0, drug add in was 2 mg, the encapsulation efficiency was (86.08 ± 3.36) % and the drug loading was 8.01 ± 0.30 mg·mL?1.

收稿日期: 2010-09-14.

基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (30772663); 国家“重大新药创制”科技重大专项 (2009ZX09310-004); 中央高校基本科研业务费专项(JKQ2009024).

*通讯作者 Tel: 86-25-83271316, Fax: 86-25-83271293, E-mail: zjbbox02@https://www.wendangku.net/doc/ed9311056.html,

?并列第一作者

Key words: ferrosoferric oxide nanoparticle; calcium carbonate; polyelectrolyte microcapsule; layer by layer assembly

近年来, 聚电解质微囊以其高载药量和囊膜的理化性质多样性而备受人们关注。运用迭层自组装技术, 可使带相反电荷的聚电解质通过静电吸引力在纳米或微米级的内核上交替吸附, 构建大容积和高比表面积的聚电解质微囊[1?4]。该微囊性质可控, 如可通过改变模板的尺寸来调控微囊的大小; 调节衣膜的层数来改变衣膜的通透性和厚度; 改变囊壁材料来实现微囊的智能响应, 从而达到药物的可控释放, 在生物学和药物传输领域拥有巨大的应用前景。

智能响应型材料已广泛应用于药物传输领域, 通常要求它们能够可控地载入活性物质, 在储存过程中能稳定存在, 能将所载物质运送到特异靶点, 以及能够可控地释放药物。pH、温度、离子强度及光电磁敏感的聚电解质微囊也备受人们关注[4?7]。作为囊壁材料之一的金属纳米材料具有纳米微粒的特性, 如量子尺寸效应、表面效应等, 从而表现出独特的光学、电学、化学和磁学特性。

随着纳米科技与各领域日益深入的结合, 磁性纳米粒逐渐在细胞标记及分离、磁共振成影, 靶向药物传输及控制药物释放等方面显示广泛的应用前景[8, 9]。作为磁性纳米粒家族中的重要一员, 四氧化三铁纳米粒 (Fe3O4 NPs) 由于其毒性低、易得、饱和磁化强度高以及可以通过表面修饰实现多功能等特点, 是目前研究最多的磁性纳米粒子之一。以Fe3O4 NPs为囊壁材料构建的聚电解质微囊, 在高频磁场 (50～100 khz) 作用下, 可加速植入的Fe3O4 NPs的转动和运动, 随后引起聚电解质分子链构象变化, 导致微囊破裂, 从而实现药物脉冲释放, 起到治疗作用[10]。

本研究以柠檬酸修饰Fe3O4 NPs, 得到在pH 5以上稳定分散、生物相容的Fe3O4 NPs, 并以该Fe3O4 NPs和PAH作为囊壁材料, 碳酸钙粒子作为模板, 在碳酸钙粒子表面通过迭层自组装技术制备聚电解质微囊, 通过显微镜观察微囊在水中的形态, 并以扫描电镜表征碳酸钙粒子, Fe3O4 NPs/PAH包衣的碳酸钙粒子以及除掉碳酸钙母核以后形成的微囊, 以振动样品磁强计测定Fe3O4 NPs和所得微囊的饱和磁化强度。以RBITC-BSA作为模型药物, 利用囊膜的pH 敏感特性将其载入囊内, 用荧光显微镜观察牛血清白蛋白在微囊内的包载情况, 并以包封率和载药量为指标, 筛选了药物载入条件。材料与方法

仪器 DKW-Ⅲ型电子节能控温仪(南京科尔设备有限公司); 场发射扫描电子显微镜Ultra Plus (德国Carl Zeiss公司); Tecnai G2透射电镜微镜(荷兰FEI公司); Agilent 8453可见紫外分光光度计(美国Agilent公司); BM1000型生物显微镜(南京江南永新光学有限公司); ECLIPSE Ti-S倒置荧光显微镜(日本Nikon公司); RF-5301PC荧光分光光度计(日本岛津公司); Zetasizer激光粒径测定仪(英国Malvern公司), Lakeshore 7407型振动样品磁强计(荷兰FEI公司)。

药品与试剂氯化亚铁(上海山海工学团实验二厂), 三氯化铁(分析纯, 国药集团化学试剂有限公司) 和柠檬酸(南京化学试剂有限公司); 乙二胺四乙酸二钠 (EDTA, 分析纯, 国药集团化学试剂有限公司); 无水氯化钙(分析纯, 广东汕头市西陇化工厂); 无水碳酸钠(分析纯, 南京化学试剂有限公司); 氯化钠(南京化学试剂有限公司); 聚烯丙基胺盐酸盐 (PAH, Sigma-Aldrich, 相对分子质量59 000, 批号14808 HD); 牛血清白蛋白 (BSA, 上海惠兴生化试剂有限公司, 批号091212); 二甲基亚砜 (DMSO, 上海凌峰化学试剂有限公司); 碳酸氢钠(分析纯, 南京化学试剂有限公司), 罗丹明B异硫氰酸酯 (RBITC, Sigma-Aldrich)。

四氧化三铁纳米粒 (Fe3O4 NPs) 的制备采用化学共沉淀法制备Fe3O4 NPs[11?13],即Fe3+和Fe2+在碱性条件下水解形成氢氧化铁和氢氧化亚铁, 进而在碱性条件下成核并生长, 形成四氧化三铁纳米粒, 并以柠檬酸修饰, 形成稳定的四氧化三铁纳米粒水分散体系。将四水氯化亚铁0.86 g和六水三氯化铁2.35 g溶解于40 mL蒸馏水中, 60 ℃水浴, 氮气保护, 剧烈搅拌条件下, 滴加氨水 5 mL, 继续搅拌反应0.5 h, 停止反应, 以蒸馏水洗涤沉淀, 磁分离弃去上清液, 重复洗涤至上清液pH中性, 加入0.2%柠檬酸溶液50 mL, 氮保护条件下室温搅拌过夜, 产物转入透析袋(截留分子量15 000 D), 在蒸馏水中透析3 d, 除去多余的柠檬酸。

四氧化三铁纳米粒的表征将制得的Fe3O4 NPs 以蒸馏水稀释, 取适量滴至铜筛网上, 透射电镜拍照, 观察其大小和形貌。采用激光粒径测定仪测定

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Fe3O4 NPs的粒径及zeta电位。将柠檬酸修饰前后的Fe3O4 NPs分别与溴化钾粉末研细压片, 在400～4 000 cm?1内进行红外光谱测试。采用振动样品磁强计测定其饱和磁化强度。

Fe3O4 NPs/PAH在石英比色皿上的自组装[14]将制备的Fe3O4 NPs溶液 (1 mg·mL?1) 倒入经过预处理的石英比色皿中 (piranha洗涤程序, 即98%的浓硫酸与30%的双氧水以7∶3的体积比混合, 放置至室温后置于80 ℃的水浴中处理1 h, 之后用蒸馏水冲洗干净, 氮气吹干), 15 min后倒出, 用蒸馏水反复冲洗石英比色皿内壁5次, 氮气吹干。再将PAH溶液 (1 mg·mL?1, 含0.5 mol·L?1 NaCl) 倒入石英比色皿中, 15 min后倒出, 用蒸馏水反复冲洗石英比色皿内壁5次, 氮气吹干, 如此完成一个循环, 在石英比色皿上形成由正负聚电解质形成的双层薄膜。重复上述操作, 直至得到所需层数的聚电解质薄膜。

包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊的制备微囊的制备包括3个过程。首先, 以共沉淀法制备其模板碳酸钙粒子[15]。称取Na2CO3 0.349 8 g, 聚苯乙烯磺酸钠(PSS) 0.02 g, 用蒸馏水溶解稀释至10 mL。称取CaCl2 0.366 3 g用蒸馏水溶解稀释至10 mL。混合上述溶液, 剧烈搅拌10 s, 静置10 min。离心收集上清液, 用蒸馏水清洗沉淀3遍, 即得碳酸钙粒子。其次, 将上述制得的碳酸钙粒子加入PAH溶液2 mL, 轻摇10 min, 保持碳酸钙粒子悬浮于溶液中。离心去除上清液, 蒸馏水清洗3遍以除去多余的PAH, 再加入Fe3O4 NPs溶液 (1 mg·mL?1) 2 mL, 轻摇10 min, 离心去除上层液体, 蒸馏水清洗3遍, 即完成1个双层包衣。重复上述操作4次, 即可得到包裹4层(PAH/Fe3O4 NPs) 的碳酸钙粒子。最后, 将上述制备的包裹了4层 (PAH/Fe3O4 NPs) 的碳酸钙粒子稀释至10 mL, 搅拌条件下, 缓慢滴加0.2 mol·L?1 EDTA 溶液至体系变澄清, 离心除去上清液, 蒸馏水清洗3次, 即得到包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊。

包含Fe3O4 NPs载RBITC-BSA的聚电解质微囊的制备根据文献报道的方法制备RBITC-BSA[15]。将一定量 (1、2和3 mg) 的RBITC-BSA溶于不同pH (pH 5.0、6.1、7.4和9.0) 的水溶液5 mL中, 取“包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊的制备”中所得的空白微囊, 分散于上述含药溶液中, 4 ℃孵化12 h, 间或振摇。以蒸馏水清洗微囊, 离心收集洗液, 以荧光分光光度计测定包封率。RBITC-BSA的包封率 (entrapment efficiency, EE) 用下式求算:

100

T×

式中W T, W F分别表示加入的RBITC-BSA总量和未被包封的游离RBITC-BSA量。

微囊的载药量 (drug loading, DL) 可用下式求算:

pro

DL=

式中W pro, V分别表示载入蛋白的质量和微囊体积。

包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊的表征采用显微镜观察碳酸钙粒子及磁性聚电解质微囊分散于蒸馏水中的形态, 扫描电镜观察碳酸钙粒子、磁性聚电解质微囊去除模板前后的形态, 荧光显微镜观察药物包封情况。以激光粒径仪测定包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊的粒径, 振动样品磁强计测定微囊的饱和磁化强度。

结果

1 四氧化三铁纳米粒的制备及表征

透射电镜结果显示Fe3O4 NPs为立方体形的颗粒, 粒径约10 nm (图1)。用激光粒径测定仪测定Fe3O4 NPs 平均粒径为(41±4) nm, zeta电位为(?26.6±2.8) mV。激光粒径仪测得的粒径明显高于TEM测得的尺寸, 这是因为在水环境中: ①激光粒径仪统计的是纳米粒在水环境中的整体尺寸, 包括表面有机物壳层和水化层对粒径大小的贡献, 而修饰在粒子表面的有机物分子包裹层并不能在TEM图中显示出来; ②几个Fe3O4纳米粒被柠檬酸包裹成一个整体, 形成一个相对较大的粒子, 影响了粒子的整体尺寸分布。红外光谱(图2) 结果显示[16], 柠檬酸中羧基中C=O在1 700 cm?1的对称伸缩振动峰在修饰Fe3O4 NPs后移至1 629 cm?1, 1 402 cm?1附近, 该峰为典型的羧酸盐吸收峰, 说明COO-基团与Fe3O4表面结合产生了羧酸铁的结构, 柠檬酸根在Fe3O4 NPs表面的吸附为化学吸附。

2 Fe3O4 NPs/PAH在石英比色皿上的自组装

石英比色皿上成膜结果(图3) 显示, 随着膜生长层数的增加, 紫外吸收值增大, 表明Fe3O4 NPs能与PAH配对在石英比色皿上通过静电吸引力作用下自组装形成多层薄膜。起初(前4层) 膜生长极为缓慢, 可忽略不计, 从第5层开始, 膜连续生长, 紫外吸收值增大。由于Fe3O4 NPs无明显紫外吸收峰, 以287 nm

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Figure 1Transmission electron microgram of Fe3O4 NPs

Figure 2 Infrared spectrum for pure citric acid (a) and Fe3O4 NPs (b)

Figure 3 Absorbance of nanocomposite films on the quartz cell as function of wavelength. Solid line corresponds to the nanocomposite with N=1?9 bilayers.Inset shows the dependence of absorbance on N measured at λ= 287 nm

处吸收值为参考, 吸收值与膜层数间呈乘幂增长, 拟合方程为: y = 0.007 1x2.296 7, R2 = 0.996 8。

3 磁性聚电解质微囊的制备及表征

3.1 形貌表征显微镜观察碳酸钙粒子和磁性微囊的结果见图4 (a)和(b)。比较显微图片发现, 微囊的大小与碳酸钙粒子大小相当, 且除核前后均呈圆形, 分散性良好。SEM观察微囊外观形态的结果见图5。

Figure 4 The microscopy images of CaCO3 core (a) and microcapsules (b) in the water. Scale bar = 10 μm

Figure 5SEM photography of calcium carbonate microsphere (a), calcium carbonate microparticles coated with 4 bilayers Fe3O4 NPs/PAH (b) and hollow (Fe3O4 NPs/PAH)4 microcapsules (c) and their magnified image (inset)

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碳酸钙粒子圆整, 表面光滑, 以Fe3O4 NPs/PAH包衣后, 表面变粗糙, 高倍放大后可见细小颗粒, 大小为几十纳米, 可能为Fe3O4 NPs或其沉积成膜以后的聚集体。除核后, 球体塌陷、呈囊状, 膜向内凹陷, 表面可见明显褶皱, 高倍放大后亦可见细小颗粒, 说明除核前后, 囊膜结构相似。激光粒度测定仪测定的平均粒径结果(图6) 说明, 磁性聚电解质微囊平均粒径为(4.9 ± 1.2) μm, 分布均匀。

Figure 6 Size of (Fe3O4 NPs/PAH)4 microcapsules

3.2 微囊的磁性能表征包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊与Fe3O4 NPs的磁滞图见图7。从图中可以看出, 二者的饱和磁化强度曲线形状相似, 均呈现超顺磁性。超顺磁性是指磁性粒子小于某一临界尺寸时, 表现出矫顽力为零, 室温热即能够克服磁各向异性使磁矩能够任意翻转的状态。然而, 包含Fe3O4 NPs 的聚电解质微囊和Fe3O4 NPs的饱和磁化强度分别为8.94和52.61 emu·g?1, 即成囊后Fe3O4 NPs在外加磁场下的饱和磁化强度明显下降, 这是因为微囊中包含的PAH和PSS作为稀释剂降低了Fe3O4 NPs 含量。

Figure 7 Field-dependent magnetization curve of (Fe3O4 NPs/ PAH)4 capsules and Fe3O4 NPs 4 包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊包载RBITC-BSA

将制得载药微囊分散于蒸馏水中, 置荧光显微镜下观察, 可见囊体显红色荧光(图8), 说明囊内载有一定量的RBITC-BSA。用荧光分光光度计测定其荧光强度, 激发波长563 nm, 发射波长578 nm, 狭缝宽度3 nm, RBITC-BSA在2.5～60 μg·mL?1内线性关系良好, 以峰高(H)对浓度(C)进行线性回归, 标准曲线为y = 13.115 x + 22.363, R2 = 0.999 3。包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊在不同浓度, 不同pH条件下对RBITC-BSA的包封率及载药量结果见表1, 由表可以说明, 微囊对药物的包载依赖于环境pH变化, 且随着药物加入量增加, 微囊的载药能力逐渐趋于饱和,载药量增加甚微,包封率反而降低。当pH 5.0、药物加入量为2 mg时, 包封率和载药量均较优, 分别为(86.08 ± 3.36) %和(8.01 ± 0.30) mg·mL?1。

Figure 8The fluorescence microscopy images of microcapsules containing RBITC-BSA. Scale bar = 10 μm

Table 1 RBITC-BSA entrapment efficiency (EE) and drug loading (DL) of (Fe3O4 NPs/PAH)4 capsules depend on pH and drug add in (n = 3). pH 9.0, 7.4: Buffer bicarbonate; pH 6.1, 5.0: Phosphate-citrate buffer solution

pH Drug add in/mg EE /% DL/mg·mL?1

9.0 2 8.41 ± 2.16 0.66 ± 0.19

7.4 2 10.17 ± 3.06 1.26 ± 0.27

6.1 2 11.96 ± 2.77 1.06 ± 0.25

5.0 2 8

6.08 ± 3.36 8.01 ± 0.30

5.0 1 97.96 ± 1.53 4.35 ± 0.14

5.0 3 68.66 ± 3.81 9.15 ± 0.34

讨论

本文在合成Fe3O4 NPs并考察其成膜性能的基础上, 以RBITC-BSA为模型药物, 构建了包含Fe3O4 NPs 的聚电解质微囊, 研究了其磁性能和载药性能。

纳米体系具有很大的表面Gibbs自由能, 为热力学不稳定体系。为了维持磁性纳米粒在制备和储存

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过程中的稳定性、在反应过程中的表面活性、在基体中的分散性等, 对磁性纳米Fe3O4进行表面处理尤为重要。柠檬酸修饰Fe3O4 NPs是基于加入反絮凝剂使纳米粒表面吸附柠檬酸根粒子, 形成双电层, 通过双电层之间库仑排斥作用稳定分散并使表面带上负电荷。

石英比色皿成膜实验表明, Fe3O4 NPs能与阳离子型聚电解质PAH配对在二维平面上自组装成膜, 且衣膜随层数增加生长连续。碳酸钙微球自组装包衣的成功, 表明Fe3O4 NPs在三维的母核上亦可以与PAH配对形成稳定的薄膜, 且该薄膜具有磁性并显超顺磁性, 拓展了其在药物传输领域中的应用, 可以作为一种新型的智能聚电解质微囊囊材。

利用囊膜的pH敏感特性载入模型药物, 是基于Fe3O4 NPs与PAH均为弱电解质, 在不同pH条件下, 囊材电荷密度发生变化, 囊膜微结构发生变化进而通透性改变, 实现RBITC-BSA的包封。荧光显微镜观察结果表明, 该微囊能有效地包封RBITC-BSA, 测得微囊在pH 5.0、药物加入量为2 mg时,对RBITC- BSA的包封率为(86.08 ± 3.36) %, 载药量为 (8.01 ± 0.30) mg·mL?1, 远高于其在其他条件所得结果, 表明该微囊可以作为一种新型的药物载体, 也为后续的药物释放行为和磁响应性能研究打下了良好的基础。

本文在合成生物相容的Fe3O4 NPs的基础上, 制备了包含Fe3O4 NPs的聚电解质微囊, 考察了微囊的形态和磁性能, 并以RBITC-BSA为模型药物, 研究了其载药性能, 为磁响应型微粒给药系统的研究提供了新的思路与方向。

References

[1]Loretta L, Rivera-Gil P, Abbasi AZ, et al. LbL multilayer

capsules: recent progress and future outlook for their use in life

sciences [J]. Nanoscale, 2010, 2: 458?467.

[2]Nakamura M, Katagiri K, Koumoto K. Preparation of hybrid

hollow capsules formed with Fe3O4 and polyelectrolytes via

the layer-by-layer assembly and the aqueous solution process

[J]. J Colloid Interface Sci, 2010, 341: 64?68.

[3]Zhao QH, Li BY. pH-controlled drug loading and release from

biodegradable microcapsules [J]. Nanomedicine, 2008, 4:

302?310.

[4]Zhang CL, Zhu JB, Zheng CL, et al. Application of poly-

electrolyte microcapsules to controlled release system of drugs

[J]. Chin J New Drugs (中国新药杂志), 2009, 18: 1394?

1397.

[5]Park MK, Deng S, Advincula RC. pH-Sensitive bipolar ion-

permselective ultrathin films [J]. J Am Chem Soc, 2004, 126:

13723?13731.

[6]Kim BS, Vinogradova OI. pH-Controlled swelling of poly-

electrolyte multilayer microcapsules [J]. J Phys Chem B,

2004, 108: 8161?8165.

[7]Angelatos AS, Radt B, Caruso F. Light-responsive polyelec-

trolyte/gold nanoparticle microcapsules [J]. J Phys Chem B,

2005, 109: 3071?3076.

[8]Cunningham CH, Arai T, Yang PC, et al. Positive contrast

magnetic resonance imaging of cells labeled with magnetic

nanoparticles [J]. Magn Reson Med, 2005, 53: 999?1051. [9]Jurgons R, Seliger C, Hilpert A, et al. Drug loaded magnetic

nanoparticles for cancer therapy [J]. J Phys C Condens Matter, 2006, 18: 2893?2902.

[10]Katagiri K, Nakamura M, Koumoto K. Magnetoresponsive

smart capsules formed with polyelectrolytes, lipid and magnetic

nanoparticles [J]. Appl Mater Interfaces, 2010, 2: 768?773. [11]Sahoo Y, Goodarzi A, Swihart MT, et al. Aqueous ferrofluid

of magnetite nanoparticles: fluorescence labeling and mag-

netophoretic control [J]. J Phys Chem B, 2005, 109: 3879?

3885.

[12]Campel S, Makovec D, Drofenik M. Preparation and properties

of water-based magnetic fluids [J]. J Phys C Condens Matter,

2008, 20: 204101.

[13]Racuciu M. Synthesis protocol influence on aqueous magnetic

fluid properties [J]. Curr Appl Phys, 2009, 9: 1062?1066. [14]Zhang LH, Zhai YM, Gao N, et al. Sensing H2O2 with

layer-by-layer assembled Fe3O4-PDDA nanocomposite film [J].

Electrochem Commun, 2008, 10: 1524?1526.

[15]SunYJ, Zhu JB Zheng CL. Preparation of polyelectrolyte

microcapsules contained gold nanoparticles [J]. Acta Pharm

Sin (药学学报), 2010, 45: 371?375.

[16]Racuciu1 M, Creang DE, Airinei A. Citric-acid coated

magnetite nanoparticles for biological applications [J]. Eur

Phys J E Soft Matter, 2006, 21: 117?121.

四氧化三铁制备化学实验

实验一：共沉淀法制备具有超顺磁性的纳米四氧化三铁粒子一、实验背景有关纳米粒子的制备方法及其性能研究备受多学者的重视，这不仅因为纳米粒子在基础研究方面意义重大，而且在实际应用中前景广阔。在磁记录材料方面，磁性纳米粒子可望取代传统的微米级磁粉，Fe3O4超细粉体由于化学稳定性好，原料易得，价格低廉，已成为无机颜料中较重要的一种，被广泛应用于涂料，油墨等领域；而在电子工业中超细Fe3O4是磁记录材料，用于高密度磁记录材料的制备；它也是气、湿敏材料的重要组成部分。超细Fe3O4粉体还可作为微波吸收材料及催化剂。另外使用超细Fe3O4粉体可制成磁流体。 Fe3O4纳米粒子的制备方法有很多，大体分为两类：一是物理方法，如高能机械球磨法，二是化学方法，如化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、热分解法及微乳液法等。但各种方法各有利弊；物理方法无法进一步获得超细而且粒径分布窄的磁粉，并且还会带来研磨介质的污染问题；溶胶-凝胶法、热分解法多采用有机物为原料，成本较高，且有毒害作用；水热合成法虽容易获得纯相的纳米粉体，但是反应过程中温度的高低，升温速度，搅拌速度以及反应时间的长短等因素均会对粒径大小和粉末的磁性能产生影响。本实验是采用共沉淀法（将沉淀剂加入Fe2+和Fe3+混合溶液中）制备纳米Fe3O4颗粒。该制备方法不仅原料易得且价格低廉，设备要求简单，反应条件温和（在常温常压下以水为溶剂）等优点。二、实验目的 1、了解用共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子的原理和方法。 2、了解纳米四氧化三铁粒子的超顺磁性性质。 3、掌握无机制备中的部分操作。三、实验原理采用化学共沉淀法制备纳米磁性四氧化三铁是将二价铁盐和三价铁盐溶液按一定比例混合，将碱性沉淀剂加入至上述铁盐混合溶液中，搅拌、反应一段时间即可得纳米磁性Fe3O4粒子，其反应式如下： Fe2++2Fe3++8OH-_________Fe3O4+4H2O 四、仪器与试剂烧杯、FeCl2·4H2O、FeCl3、氢氧化钠、柠檬酸三钠。五、实验步骤 1、配置50 ml 1 moL 的NaOH溶液。（2g NaOH+50g H2O） 2、称取0.9925g FeCl3和1.194g FeCl2·4H2O（反应当量比为1:1）溶于30 mL 的蒸馏水中。 3、将反应溶液加热至60℃，恒温下磁力搅拌（转速约为1000rpm）。 4、30 min后缓慢滴加配置的NaOH溶液，待溶液完全变黑后，仍继续滴加

纳米粒子制备方法

一、纳米粒子的物理制备方法 1.1 机械粉碎法机械粉碎就是在粉碎力的作用下，固体料块或粒子发生变形进而破裂，产生更微细的颗粒。物料的基本粉碎方式是压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。一般的粉碎作用力都是这几种力的组合，如球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。理论上，固体粉碎的最小粒径可达0.01～0.05 μ m。然而，用目前的机械粉碎设备与工艺很难达到这一理想值。粉碎极限取决于物料种类、机械应力施加方式、粉碎方法、粉碎工艺条件、粉碎环境等因素。比较典型的纳米粉碎技术有：球磨、振动磨、搅拌磨、气流磨和胶体磨等。其中，气流磨是利用高速气流（300～500m/s）或热蒸气（300～450℃）的能量使粒子相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。气流磨技术发展较快，20世纪80年代德国Alpine公司开发的流化床逆向气流磨可粉碎较高硬度的物料粒子，产品粒度达到了1～5μm。降低入磨物粒度后，可得平均粒度1μm的产品，也就是说，产品的粒径下限可达到0.1μm以下。除了产品粒度微细以外，气流粉碎的产品还具有粒度分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、分散性好等优点。因此，气流磨引起了人们的普遍重视，其在陶瓷、磁性材料、医药、化工颜料等领域有广阔的应用前景。 1.2 蒸发凝聚法蒸发凝聚法是将纳米粒子的原料加热、蒸发，使之成为原子或分子；再使许多原子或分子凝聚，生成极微细的纳米粒子。利用这种方法得到的粒子一般在5～100nm之间。蒸发法制备纳米粒子大体上可分为：金属烟粒子结晶法、真空蒸发法、气体蒸发法等几类。而按原料加热技术手段不同，又可分为电极蒸发、高频感应蒸发、电子束蒸发、等离子体蒸发、激光束蒸发等几类。 1.3 离子溅射法用两块金属板分别作为阴极和阳极，阴极为蒸发用材料，在两电极间充入Ar（40～250Pa），两极间施加的电压范围为0.3～1.5kV。由于两极间的辉光放电使Ar粒子形成，在电场作用下Ar离子冲击阳极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决于两极间的电压、电流、气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，超微粒的获得量愈大。溅射法制备纳米微粒材料的优点是：（1）可以制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；（2）能制备出多组元的化合物纳米微粒，如AlS2，Tl48，Cu91，Mn9，ZrO2等；通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的电镜载网上支撑制备纳米铜颗粒。 1.4 冷冻干燥法先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就可以得到相应物质的纳米粒子。如果从水溶液出发制备纳米粒子，冻结后将冰升华除去，直接可获得纳米粒子。如果从熔融盐出发，冻结后需要进行热分解，最后得到相应纳米粒子。冷冻干燥法用途比较广泛，特别是以大规模成套设备来生产微细粉末时，其相应成本较低，具有实用性。此外，还有火花放电法，是将电极插入金属粒子的堆积层，利用电极放电在金属粒子之间发生电火花，从而制备出相应的微粉。爆炸烧结法，是利用炸药爆炸产生的巨大能量，以极强的载荷作用于金属套，使得套内的粉末得到压实烧结，通过爆炸法可以得到1μm以下的纳米粒子。活化氢熔融金属反应法的主要特征是将氢气混入等离子体中，这种混合等离子体再加热，待加热物料蒸发，制得相应的纳米粒子。二、制备纳米粒子的化学方法

纳米四氧化三铁的应用

纳米四氧化三铁的应用一、纳米四氧化三铁的简介四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO〃Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。化学式：Fe3O4，分子量231.54，硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系，密度 5.18g/cm3。熔点1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。在外磁场下能够定向移动，粒径在一定范围之内具有超顺磁性，以及在外加交变电磁场作用下能产生热量等特性，其化学性能稳定，因而用途相当广泛。纳米四氧化三铁置于介质中，采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过

在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。二、纳米四氧化三铁的配置方法由于纳米四氧化三铁特殊的理化学性质 , 使其在实际应用中越来越广泛 , 而其制备方法和性质的研究也得到了深入的进展。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一产品纯度低、颗粒分布不均匀 , 易被氧化 , 且很难制备出10nm 以下的纳米微粒 , 所以在工业生产和试验中很少被采纳。化学方法主要有共沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好 , 颗粒度较小 , 操作方法也较为容易 , 生产成本也较低 , 是目前研究、生产中主要采用的方法。

浅谈纳米技术的研究与应用

浅谈纳米技术的研究与应用 1.引言当集成电路代替电子管和半导体晶体管的初期，1959年美国诺贝尔奖获得者查理·费曼(Richard Phillips Feynman)，在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：“如果人们能够在原子/分子的尺度上来加工材料，制造装置，将会有许多激动人心的新发现，人们将会打开一个崭新的世界。”这在当时只是一个美好的梦想。如今，这个预言和梦想终于实现了。费曼所预言的材料就是现在的纳米。今天，不少科学家又在预言，纳米科技将在新世纪里得到惊人的发展，纳米科技将给人类的科学技术和生活带来革命性的变化。科学家认为，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机，并成为未来信息时代的核心。我国著名科学家钱学森早在1991年就指出：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。” 英国理论物理学家斯蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家。他预测：“未来一千年人类有可能对DNA基因重新设计。而生化纳米材料则是设计DNA基因所必须具备的医药材料基础。” 近年来，科学家勾画了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子备件，巨型计算机可装入口袋；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的；世界还将出现1μm以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。海内外科技界广泛认为，纳米材料和技术的大规模应用可望在10年内实现。现阶段纳米材料和技术正向新材料、微电子、计算机、医学、航天航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透，并已得到不同程度的应用。 1998年8月20日，《美国商业周刊》发表文章指出，21世纪有三个领域可能取得重大突破：生命科学和生物技术；纳米材料和纳米技术；从外星球获得能源。并指出这是人类跨入21世纪所面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：“70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为21世纪先进国家。” 1974年，Taniguchi最早使用纳米技术(Nanotechnology)一词描述精细机械加工。1977年美国麻省理工学院的德雷克斯勒也提倡纳米科技的研究。但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。1982年发明了扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率揭示了一个“可见的”原子、分子世界。到80年代末，STM已不仅是一个可观察的手段，而且已成为可以排布原子的工具。STM与AFM(原子力显微镜)

纳米四氧化三铁的应用

精心整理纳米四氧化三铁的应用一、纳米四氧化三铁的简介）前面显+2与大，胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁

性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。二、泛, ,所 ,操磁性目前,制备磁性Fe3O4纳米颗粒方法的机理已研究得很透彻,归结起来一般分为两种。一是采用二价和三价铁盐,通过一定条件下的反应得到磁性Fe3O4纳米颗粒;另一种则是用三价铁盐,在一定条件下转变为三价的氢氧化物,最后通过烘干、煅烧等手段得到磁性Fe3O4纳米颗粒。

（一）共沉淀法沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中,加入适当的沉淀剂,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉。（二）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)是日本科学家Sugimoto等于上世纪90年代发展 ,油(OΠ , 对实验设备和制备条件方面的要求相对高一些,因而大多数也只停留在研究阶段。三、纳米四氧化三铁的应用当粒子的尺寸降至纳米量级时,由于纳米粒子的小尺寸效应、表面效

应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等的影响,使其具有不同于常规体相材料的特殊的磁性质。这也使其在工业、生物医药等领域有着特殊的应用。（一）生物医药磁性高分子微球（也称免疫磁性微球）是一种由磁性纳米颗粒和高分子骨架材料制备而成的生物医用材料，其中的高分子材料包括聚苯乙烯、硅烷、聚乙烯、聚丙烯酸、淀粉、葡聚糖、明胶、白蛋白、乙基纤维素等，骨架 .用能长期稳定的存在，不产生沉淀与分离。目前，磁性流体已经广泛应用于选矿技术、精密研磨、磁性液体阻尼装置、磁性液体密封、磁性液体轴承、磁性液体印刷、磁性液体润滑、磁性液体燃料、磁性液体染料、磁性液体速度传感器和加速度传感器、磁性液体变频器、磁性液体陀螺仪、水下低

浅谈纳米技术及其应用

浅谈纳米技术及其应用 1 概述 1.1 引言纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。纳米技术兴起于20世纪80年代，随着它的逐步发展和完善，人类将必然在认识和改造自然方面进入一个前所未有的新阶段。 1.2 纳米技术的发展最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼教授[1]。1959年他在一次题为《在底部还有很大空间》的演讲中提出：物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。也就是说，人类能够用最小的机器制造更小的机器。直至达到分子或原子状态，最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。这正是关于纳米技术最早的构想。 20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。美国康奈尔大学Granqvist和Buhrman[2]利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒，提出了纳米晶体材料的概念，成为纳米材料的创始者。之后，麻省理工学院教授德雷克斯勒[3]积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。纳米科技的迅速发展是在20世纪80年代末、90年代初。1981年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——扫描隧道显微镜（STM)、原子力显微镜（AFM)，为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。1984年德国学者格莱特[4]把粒径6nm的金属粉末压成纳米块，经研究其内部结构，指出了它界面奇异结构和特异功能。1987年，美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO 多晶体。 2

四氧化三铁综述

四氧化三铁纳米的制备应用及表征摘要：总结了磁性纳米Fe3O4粒子的制备方法，有共沉淀法、超声波沉淀法、水热法、微乳液法、水解法、溶胶- 凝胶法，多元醇法等，并讨论了磁性纳米Fe3O4粒子在磁性液体、生物医学、微波吸附材料磁记录材料、催化剂载体等领域的应用。简述了Fe3O4得表征手段，最后对纳米Fe3O4的研究前景进行了展望。关键词：四氧化三铁；磁性纳米颗粒；制备；应用；表征 The Preparation and Application of Fe3O4 Magnetic Nano- particles 【Abstract】The chemical preparation methods were summarized including co-precipitation,sol-gel method, microemulsion , hydro-thermal method etc. Based on the recent progress , relative meritsof those methods were analyzed. The application of Fe3O4nano-particles in magnetic fluid , magnetic recording materials , catalytical and microwave materials and medicine were introduced. 【Key Words】Fe3O4; magnetic nanoparticle; preparation; progress Fe3O4磁性纳米颗粒由于具有与生物组织的相容性、与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能，且具有好的亲水性、生物兼容性、无毒和高的化学稳定性，所以成为生物磁应用方面的理想材料使其在电子与生物敏感材料，尤其是生物医学领域被人们广泛关注【1】。应用于生物技术的纳米颗粒需要优良的物理、化学以及磁学特性【2】：（1）具有高磁化率，使材料的磁性较强，一般为铁磁性纳米颗粒；（2）颗粒尺寸为6~15 nm（当颗粒直径小于15 nm 时，就变为单磁畴磁体而具有超顺磁性并且饱和磁化强度很高），比表面积高；（3）具备超顺磁性等。另一方面，磁性纳米颗粒表面需要被特种有机物质修饰，才能具有独特的生物医学功能。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法【3-4】。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一般产品纯度低、颗粒分布不均匀，易被氧化，且很难制备出10nm以下的纳米微粒，所以在工业生产和试验中很少被采纳。化学方法主要有共沉淀法、超声波沉淀法、水热法、微乳液法、水解法、溶胶- 凝胶法，多元醇法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好，颗粒度较小，操作方法也较为容易, 生产成本也较低, 是目前研究生产中主要采用的方法【5-8】。 1、制备方法 1.1共沉淀法共沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中, 加入适当的沉淀剂, 使金属离子均匀沉淀或结晶出来, 再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉. 共沉淀法是目前最普遍使用的方法, 其反应原理是: Fe2++ Fe3++ 8OH＝＝Fe3O4+ 4H2O 付云芝【9】等采用共沉淀法制备出立方晶系的单分散、小粒径Fe3O4 颗粒。通过控制制备最佳条件为:铁盐溶液浓度为0. 5mol /L，沉淀剂溶液浓度为0. 2mo l/L，Fe2+：Fe3 +：OH- = 1. 00 ：1. 00 ：6. 00, 反应温度为30℃，搅拌速度为1000 r /m in. T. Fried【10】等在80℃氩气保护下将氨水缓慢滴加到FeCl2与FeCl3的混合溶液中得到纳米Fe3O4颗粒, 并使用油酸对其进行包覆，得到了平均粒径为2 nm 的Fe3O4颗粒膜。Yong- kang sun【11】等人采用部分限制共沉淀法，只是向酸化了的磁性纳米悬浮液中通入空气进行氧化的情况下制备了平均粒径为7 ~ 13 nm 的纳米Fe3O4。陈亭汝【12】等在搅拌速度较快的情况下，n ( Fe3+ ) /n( Fe2+ )为1. 8 ：1，熟化温度70℃，熟化时间30min，以氨水作沉淀剂最佳pH值是9左右，可制得

四氧化三铁能溶解在酸中吗

四氧化三铁能溶解在酸中吗绍兴一中分校吴文中【基本信息】 1．化学式：Fe3O4 2．化学键：Fe3O4是由3个铁原子与4个氧原子,通过离子键而组成的复杂离子晶体。 3．名称：四氧化三铁，磁性氧化铁 4．结构特点：在Fe3O4中的Fe具有不同的氧化态，过去曾认为它是FeO和Fe2O3的混合物，但经X射线研究证明，Fe3O4是一种反式尖晶石结构，可写成FeIII[(FeIIFe III)O4] 。晶体结构为六方晶系的永久磁石（硬磁体）和具有化学组成为MII?Fe2O3的尖晶石结构 5.高中阶段涉及到四氧化三铁的一些反应 ①四氧化三铁和盐酸：Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O ②四氧化三铁和硝酸：3Fe3O4+28HNO3=9Fe(NO3)3+NO↑+14H2O ③四氧化三铁和氢碘酸：Fe3O4+8HI=3FeI2+4H2O+I2 ④铝热反应：8Al+3Fe3O4=9Fe+4Al2O3 ⑤铁和水蒸气：3Fe+4H2O(g)=Fe3O4+4H2 ⑥铁和氧气：3Fe+2O2=Fe3O4 ⑦氧化亚铁和氧气：3FeO +O2 =2Fe3O4 ⑧铁钝化：钝化成氧化产物FexOy，主要可能是Fe3O4 ⑨“发蓝”处理： 3Fe＋NaNO2＋5NaOH=3Na2FeO2＋NH3↑＋H2O8Fe＋3NaNO3＋5NaOH＋2H2O＝ 4Na2Fe2O4＋3NH3↑（不一定用硝酸钠作氧化剂）Na2FeO2＋Na2Fe2O4=2H2O+Fe3O4＋ 4NaOH ⑩其他【问题的提出】 1. 溶解磁性氧化铁为什么要用以下方法：在实验室中常用磁铁矿（Fe3O4）作为制取铁盐的原料。为处理这样的不溶性氧化物，往往采用酸性熔融法，即以K2S2O7（或KHSO4）作为溶剂，熔融时分解放出SO3。 2KHSO4 == K2S2O7 + H2O K2S2O7 == K2SO4 + SO3 生成的SO3能与不溶性氧化物化合，生成可溶性的硫酸盐。 4Fe3O4 + 18SO3 + O2 == 6Fe2(SO4)3 冷却后的溶块，溶于热水中，必要时加些盐酸或硫酸，以抑制铁盐水解。 2.许多资料表明，天然的四氧化三铁不能溶解在酸中。 3.“四氧化三铁：铁丝在氧气里燃烧生成四氧化三铁；铁在空气里加热到500℃，铁跟空气里的氧气起反应也生成四氧化三铁；锻工砧子周围散落的蓝灰色碎屑主要是四氧化三铁；铁跟高温的水蒸汽发生置换反应生成四氧化三铁和氢气；天然磁铁矿的主要成分是四氧化三铁的晶体。四氧化三铁是一种重要的常见铁的化合物。四氧化三铁呈黑色或灰蓝色，密度5.18g/cm3，熔点1594℃，硬度很大，具有磁性，又叫磁性氧化铁。四氧化三铁不溶于水和碱溶液，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，但能溶于盐酸。天然的Fe3O4不溶于盐酸。四氧化三铁是一种铁酸盐，即FeIIFeIII[FeIIIO4]。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO?Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物。 4.为什么铁被钝化以后不能被浓盐酸或者浓硝酸溶解？除因为浓硫酸酸性弱以外的解释，其他的解释都不"给力"。因为浓硝酸的酸性还是比较强的！

纳米四氧化三铁制备及其性质研究

纳米四氧化三铁制备及其性质研究摘要：四氧化三铁是一种具有反尖晶石结构的铁氧体，由于其具有独特的物理、化学性质，已经引起众多专家学者的关注。纳米四氧化三铁具有超顺磁性、小尺寸效应、量子隧道效应等使其能够区别于一般的四氧化三铁。目前在国内外，磁性纳米四氧化三铁已经在催化剂、造影成像、靶向给药、药物载体、DNA检测等应用领域表现出良好的应用前景。尤其随着纳米技术与高分子工程的快速发展，磁性纳米四氧化三铁在细胞分离、蛋白质分离、生物传感器、重金属吸附等领域越来越受到研究者的重视。同时，合成粒径小、分布窄且具有优良磁性、表面性能稳定、具有生物相容性安全的磁性纳米四氧化三铁也是各专家、学者研究的热点之一。关键词：纳米四氧化三铁；磁性；合成近年来，有关磁性纳米粒子的制备方法与性质备受关注。然而，由于磁性纳米粒子之间的作用力，如范德华力以及磁力作用，纳米四氧化三铁粒子极易发生团聚，使得比表面积降低，同时减弱了反应活性。通过添加高分子聚合物或表面活性剂对粒子表面进行改性，可以获得稳定分散的磁性纳米粒子，从而有效克服上述缺点。 1.实验部分 1.1 实验原理化学共沉淀法是指在包含两种或两种以上金属阳离子的可溶性溶液中，加入适当沉淀剂，将金属离子均匀沉淀或结晶出来。具体反应方程式：Fe2+ +2Fe3+ +8OH-==Fe3O4 +4H2O.通常是把FeⅡ和FeⅢ的硫酸盐或氯化物溶液一物质的量比2比3的比例混合后，用过量的氨水或氢氧化钠在一定温度和pH下，高速搅拌进行沉淀反应，然后将沉淀过滤、洗涤、烘干，制得纳米四氧化三铁。 1.2仪器与试剂三颈瓶，pH计，高速离心机，恒温水浴箱，真空干燥箱，紫外可见分光光度计，X射线衍射仪等四水合氯化亚铁，六水合氯化铁，乙醇，十二烷基苯磺酸钠，油酸，氢氧化钠，盐酸等。1.3实验步骤室温下，将四水合氯化亚铁和六水合氯化铁按物质的量比为1比2的比例混合放入三颈瓶中，加入200mL去离子水，然后加入一定量表面活性剂和油酸。高速搅拌下，向溶液中缓慢滴加0.1mol/L氢氧化钠溶液，至pH>11,继续搅拌1h使反应完全。反应结束后用磁铁进行固液分离，再用去离子水反复冲洗至中性，以除去多余电解质。在60℃下真空干燥24h. 1.5样品检验相关资料

铂纳米微粒制备方法的研究

铂纳米微粒制备方法的研究李明元1,毛立群2,郭建辉2,黄在银1 (1.广西大学化学化工学院,广西,南宁　530004;2.河南大学化学化工学院,河南,开封　475001) 摘　要:分散型铂纳米微粒和负载型铂纳米微粒都是重要的催化剂。制备尺度可控、粒度分布均一的铂纳米微粒,对提高其催化活性和选择性,以及延长其使用寿命具有重要的意义。本文介绍了分散型和负载型铂纳米微粒常用的制备方法,讨论了各方法的制备原理及其优缺点。关键词:纳米铂;制备方法;分散型;负载型 1　前言铂及其合金在石油和化学工业中主要用作催化剂,对加氢反应,氧化反应具有较好的催化性能[1-2]。近年来随着纳米科学与技术研究的不断深入,研究工作者发现纳米铂由于具有比表面积高和因而显示出的更高的催化活性,使得关于纳米铂的制备及催化性能研究成为热点[3-5]。铂纳米微粒的制备方法大致分为两类,即化学法(化学还原法、微乳液法等)和物理方法(真空蒸镀法、等离子体溅射法、粒子束外延法等)。铂纳米微粒的催化性能与其制备方法密切相关,微粒的尺度、形貌、化合价等对其催化性能起着至关重要的作用[6],此外,对于载体型纳米铂催化剂而言,载体的性质也同样对纳米铂的催化性能也会产生影响。本文简述了铂纳米微粒的制备方法,主要介绍各种制备方法的原理及其优缺点,以及运用这些方法制备*铂纳米微粒所取得的进展。 2　分散型铂纳米微粒的制备分散型铂纳米微粒的制备方法主要有化学还原法、微乳液法、吸氢多次还原法等。目前关于负载型铂纳米微粒的制备研究较多,而分散型铂纳米微粒的制备研究相对较少。 2.1　化学还原法化学还原法制备纳米铂微粒,一般是在含有金属铂的盐或者酸里面加入还原剂还原高价铂到铂单质,然后经过洗涤、过滤、干燥、煅烧等处理后得到催化剂铂纳米粉体。常用的还原剂有甲醛[7]、多聚甲醛[8]、硼氢化钠[9]、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、乙醇、乙二醇、柠檬酸、葡萄糖、水合肼等。化学还原法具有操作简单,反应条件温和,对仪器的要求低等优点。但是用化学还原法制备铂纳米微粒需要加入还原剂、保护剂等,在后处理过程中需采用高温焙烧的方法将它们除去。而在焙烧过程中容易造成保护剂的碳化和铂纳米微粒的团聚[10],因此化学还原法不容易得到小尺度,且粒度均一的铂纳米微粒。保护剂主要有聚合物、有机配合物、壳聚糖、表面活性剂等[11]。通常,保护剂的加入量对铂纳米微粒尺度有重要影响,铂纳米微粒的团聚程度随着保护剂的加入量的增加而减小。唐浩林等[12]在碱性条件下(pH=8.5)用无水乙醇还原氯铂酸,并采用Nafion聚离子对生成的铂纳米微粒进行表面修饰,得到平均粒径为4nm的铂纳米微粒。Nafio n憎水性极强的高分子主链和亲水性的磺酸基团对铂纳米微粒具有良好的化学修饰作用,且Nafion聚离子对铂存在位阻作用,使铂纳米微粒稳定吸附在Nafion聚离子上而彼此分散开。陈卫等[13-14]在碱性条件下用甲醇做还原剂还原氯铂酸,分别在加入保护剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和没有加入保护剂的条件下制得了平均粒径为2.5nm 的球状铂纳米微粒。杨玉琴等[15]在加入保护剂PVP 下,用两种还原剂乙醇和硼氢化钠还原氯铂酸制得铂纳米微粒。他们的研究表明,加入的保护剂越多,得到的铂纳米微粒就越小,分散性也越好,但是保护剂加入的越多,制备的铂纳米颗粒的催化性能就越低。他们还发现,用硼氢化钠做为还原剂制备的铂纳米微粒较小并且很少有团聚现象。吕高孟等[16]以吡啶为保护剂,在室温条件下以硼氢化钾为还原剂制得了粒径在2.0～3.0nm的铂纳米微粒。用吡啶作保护剂解决了空气对保护剂的破坏从而使胶体纳米铂可以较长时间地存在。但胶体纳米铂难以分离,因此他们所制备的铂纳米粒子并没有从胶体中分离出来。由Fox研究小组[17]用聚芳醚二硫树枝状分子作保护剂得到启发,张伟等[18]用聚芳醚三乙酸铵树枝分子作为保护剂制得了平均粒径为2.5nm的铂纳米微粒。聚芳醚三乙酸铵树枝分子上的羟基与铂纳米微粒之间有较强的相互作用,使其具有较好的稳定性,不宜发生团聚。 2.2　微乳液法微乳液中油包水型(W/O)的水核尺寸小且彼此分离,不同水核内不能进行物质交换,因此适当的微乳液可以制备出尺寸和大小都比较均一且分散性好的纳米微粒[19]。微乳液中组分的比例对纳米微粒 5 　2007年第12期内蒙古石油化工收稿日期:2007-08-14 基金项目:河南省教育厅资助项目(2007150007)

纳米技术的应用与前景

纳米技术的应用与前景纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理

纳米四氧化三铁

纳米四氧化三铁简介四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO-Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。化学式：Fe3O4，分子量，硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系，密度?cm3。熔点℃)。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。? 在外磁场下能够定向移动，粒径在一定范围之内具有超顺磁性，以及在外加交变电磁场作用下能产生热量等特性，其化学性能稳定，因而用途相当广泛。纳米四氧化三铁置于介质中，采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。?? 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。制备方法 1、水热法制备纳米四氧化三铁（2012年）聚乙二醇6000包被的四氧化三铁颗粒，采用X射线衍射法分析其构，用扫描电镜测量其直径及分布，用振动样品磁强计检测磁学参数。结果所得样品为四氧化三铁晶体，粒径为200 nm，质量饱和磁场强度为 em u／g Fe。结论：制备的样品粒径均一，分散性好，超顺磁性，水溶性好，可用于物理化学溶栓。 2、卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子的制备（2014年）直接键合成法：卟啉与四氧化三铁纳米粒子表面直接形成化学键的制备方法。要求卟啉与四氧化三铁纳米粒子成键单元，如中心金属原子、羟基等。用一锅高温合成法合成了单分散的油胺包覆四氧化三铁纳米粒子，

纳米四氧化三铁的制备及表面改性.

纳米四氧化三铁的制备与表面改性化学与材料科学系 09级应用化学1班刘立君李淑媛摘要：由于纳米Fe3O4在光学、电学、热学、磁学、力学等方面独特的性质，对它的研究越来越多，且在各个领域的应用也越来越广泛，因此本文详细介绍了纳米四氧化三铁的各种制备方法，对其制备工艺的优缺点、应用前景、产品性能进行了详细的比较；并综述了纳米四氧化三铁的表面改性的方法，如有机改性、无机改性、偶联改性、小分子改性、大分子改性等改性手法，以及表面改性后各种纳米Fe3O4的特征与用途前景。关键词纳米Fe3O4 综述表面改性 1引言四氧化三铁的性质：四氧化三铁在常温常压状态下是一种具有强磁性的黑色粉末状晶体，潮湿状态的四氧化三铁在空气中容易氧化成三氧化二铁，二价铁离子被氧化成三价铁离子。四氧化三铁具有强磁性，四氧化三铁固体具有优良的导电性。因为在磁铁矿中，由于Fe2 +与 Fe3 +在八面体位置上基本上是无序排列的，电子可在铁的两种氧化态间迅速发生转移，所以四氧化三铁固体具有优良的导电性能。X 射线研究表明，四氧化三铁是铁( III) 酸盐，即 Fe2 +( Fe3 +O2 －2)2，称为“偏铁酸亚铁”，化学式为Fe( FeO2)2。在四氧化三铁里，铁显两种价态，所以常常将四氧化三铁看成是由 FeO 与 Fe2O3组成的化合物，也可表示为 FeO·Fe2O3，但不能说是 FeO 与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。常见的天然磁铁矿中主要成分是四氧化三铁的晶体。

磁性纳米粒子的性质：纳米材料指颗粒尺寸在1-100nm间的粒子,及由其聚集而成的纳米固体材料,具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,使得其与同组成的材料相比,显示独特的光学、电学、热学、磁学、力学及化学性质。当磁性纳米材料的尺寸减小到纳米尺度时,尺寸和形状这两个关键参数强烈影响着其磁性能,使磁性纳米粒子呈现超顺磁性,高矫顽力,低居里温度和高磁化率，同时,磁性纳米粒子具有以下几方面的特性:第一,磁性纳米粒子具有可控性的粒径(从几纳米到几十纳米),小于或相当于细胞(10-100nm),病毒(20-450nm),蛋白质(5-50nm),基因(Znm宽10-100nm长)的尺度,这表明磁性纳米粒子能够接近我们所感兴趣的生物实体.事实上,它们可以被生物分子修饰后连接到生物实体上,由此提供了一种可控的标一记方法；第二，磁性纳米粒子的磁性遵从库仑定律,能够通过外加磁场加以控制；第三,磁性纳米粒子能够对磁场的周期性变化产生响应,从激励场获得能量,由此微粒能够被加热,从而可用于热疗,传输大量的热能到靶区,如肿瘤；第四,磁性纳米粒子可从尿液及大便中排泄，其中经肾脏排出较多,肠道排出较少。这也使其在工业、电子信息、生物医药等领域都有着特殊的应用。常用的磁性纳米材料有金属合金及其金属氧化物，由于镍、钴等存在毒性，在生物、医药等方面受到严格的限制，而铁的氧化物(Fe3O4,γ一Fe2O3)因其低毒(LD50约2000mg/kg体重，远远高于目前临床应用剂量）、易得等特点被广泛推用。 2四氧化三铁纳米粒子的制备方法

纳米材料及其应用前景

纳米材料及其应用前景摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。关键词：纳米材料；功能；应用；一、纳米材料的基本特性所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

四氧化三铁制备化学实验

四氧化三铁制备化学实验 https://www.wendangku.net/doc/ed9311056.html,work Information Technology Company.2020YEAR

共沉淀法制备具有超顺磁性的纳米四氧化三铁粒子

实验一：共沉淀法制备具有超顺磁性的纳米四氧化三铁粒子石朔SA13226008 石承伟SA13226024 一、实验背景有关纳米粒子的制备方法及其性能研究备受多学者的重视，这不仅因为纳米粒子在基础研究方面意义重大，而且在实际应用中前景广阔。在磁记录材料方面，磁性纳米粒子可望取代传统的微米级磁粉，Fe3O4超细粉体由于化学稳定性好，原料易得，价格低廉，已成为无机颜料中较重要的一种，被广泛应用于涂料，油墨等领域；而在电子工业中超细Fe3O4是磁记录材料，用于高密度磁记录材料的制备；它也是气、湿敏材料的重要组成部分。超细Fe3O4粉体还可作为微波吸收材料及催化剂。另外使用超细Fe3O4粉体可制成磁流体。 Fe3O4纳米粒子的制备方法有很多，大体分为两类：一是物理方法，如高能机械球磨法，二是化学方法，如化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、热分解法及微乳液法等。但各种方法各有利弊；物理方法无法进一步获得超细而且粒径分布窄的磁粉，并且还会带来研磨介质的污染问题；溶胶-凝胶法、热分解法多采用有机物为原料，成本较高，且有毒害作用；水热合成法虽容易获得纯相的纳米粉体，但是反应过程中温度的高低，升温速度，搅拌速度以及反应时间的长短等因素均会对粒径大小和粉末的磁性能产生影响。本实验是采用共沉淀法（将沉淀剂加入Fe2+和Fe3+混合溶液中）制备纳米Fe3O4颗粒。该制备方法不仅原料易得且价格低廉，设备要求简单，反应条件温和（在常温常压下以水为溶剂）等优点。二、实验目的 1、了解用共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子的原理和方法。 2、了解纳米四氧化三铁粒子的超顺磁性性质。 3、掌握无机制备中的部分操作。三、实验原理采用化学共沉淀法制备纳米磁性四氧化三铁是将二价铁盐和三价铁盐溶液按一定比例混合，将碱性沉淀剂加入至上述铁盐混合溶液中，搅拌、反应一段时间即可得纳米磁性Fe3O4粒子，其反应式如下： Fe2++2Fe3++8OH- Fe3O4+4H2O 四、仪器与试剂烧杯、FeCl2·4H2O、FeCl3、氢氧化钠、柠檬酸三钠等。五、实验步骤 1、配置50 ml 1 moL 的NaOH溶液。（2.006g NaOH+50ml H2O） 2、称取1.057g FeCl3和1.148g FeCl2·4H2O溶于30 mL的蒸馏水中。 3、将反应溶液加热至60℃，恒温下磁力搅拌（转速约为800rpm）。 4、30 min后缓慢滴加配置的NaOH溶液，约25ml左右，待溶液完全变黑