一种利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法转让专利
申请号 : CN201910880206.0
文献号 : CN110571036B
文献日 : 2021-09-10
发明人 : 杜兆富
申请人 : 北京无线电测量研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将可溶性二价铁盐溶液装在绝缘性反应器中,并置于等离子装置的阴、阳电极之间;
(2)在阴、阳电极上施加直流电压和电流,在所述阴电极和所述可溶性二价铁盐溶液界面之间产生等离子体引发反应,反应完毕后施加磁场,收集得到磁性铁氧体纳米带;
其中,所述绝缘性反应器中二价铁盐溶液上覆盖有1‑15μm厚的隔离液;
所述阴电极与隔离液之间充满等离子体工作气体;
所述阴电极与二价铁盐溶液的液面之间的距离为0.1mm 5mm;
~ 2
阴电极端的二价铁盐溶液表面对应的电流密度为0.01 1A/cm;
~
阴电极端的二价铁盐溶液表面对应的等离子工作气体的流量为0.01 10sccm。
~
2.根据权利要求1所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,所述隔离液选自油酸、油胺、聚α烯烃、醋酸脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,所述阴电极为导电针尖,所述阳电极为惰性电极;所述导电针尖的材质选自金、铂、钯、不锈钢和非金属导电材料中的一种,所述惰性电极选自石墨电极、金电极和铂电极中的一种。
4.根据权利要求3所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,所述导电针尖的内径为50um 1000um,所述导电针尖的壁厚为5um 100um。
~ ~
5.根据权利要求1所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,施加在两电极上的直流电流为0.01A 1A,电压为10V 10000V。
~ ~
6.根据权利要求1所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,施加在两电极上的电压为10 5000V。
~
7.根据权利要求1所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,等离子体工作气体包括氦气、氩气、氢气中的一种或多种,所述工作气体的压强为一个标准大气压。
8.根据权利要求1所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,所述二价铁盐溶液选自硫酸亚铁溶液或氯化亚铁溶液。
9.根据权利要求1所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,所述二价铁盐溶液的浓度为0.01mol/L 1mol/L。
~
10.根据权利要求1所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,2
阴电极端的二价铁盐溶液表面对应的电流密度为0.01 100mA/cm。
~
11.根据权利要求10所述的利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法,其特征在于,2
阴电极端的二价铁盐溶液表面对应的电流密度为0.01 10mA/cm。
~
12.一种由权利要求1‑11任一所述方法制备得到的磁性铁氧体纳米带,其特征在于,所述磁性铁氧体纳米带的厚度为1 15nm,宽度为3 20nm,长度为5 500nm。
~ ~ ~
说明书 :
一种利用等离子体制备磁性铁氧体纳米带的方法
技术领域
背景技术
胶一凝胶法及化学共沉淀法等,这些技术各有缺点。高温热解法和水热法均采用高温或高
压的条件,得到的磁性氧化铁纳米颗粒形貌分布均一、磁学性能优良,但不易放大生产,重
复性也较差。溶胶‑凝胶法与气溶胶/蒸汽法分别需要高温环境与激光技术,条件也非常苛
刻。以上这些方法的最大问题是仅适于实验室制备,难以进行工业放大生产。共沉淀法是目
前唯一可应用于医药产业的技术,过程易调控,使用的原料绿色环保,产品生物相容性高,
利于工业放大生产,但是产品的晶体结构缺陷与分散性较差,磁学性能较低。而采用物理方
法制备,需要在低气压下进行,导致设备庞大,生产效率低,耗能高。
电,它在大气压下将电能转化为激发态元素,从而产生如离子、电子的载气。当激发态元素
释电并跳跃到更低能级时,释放光子。
和气隙比影响,Becker K.H.课题组报道说电极的形状也对等离子体具有较大影响。
具有稳定,高效,低温处理、高电子密度等一系列优点,有望在工业中实现大规模应用。
制备纳米颗粒的一部分,在此过程中无需化学试剂。等离子体在液体中与反应物前驱体的
作用又是一个化学过程,这个过程不需要真空和大规模的电源,所以大气压下的微型等离
子体结合了物理和化学两种方法的优点,有望通过该方法制备磁性金属或铁氧体纳米颗粒
来消除传统物理和化学方法的缺点,达到清洁、高效、低耗能制备生物相容纳米颗粒的目
的。
液的PH值,反应过程中二价铁离子有可能过度氧化为三价铁离子,导致产物磁性减弱甚至
消失;且生成的磁性铁氧体的为纳米颗粒状态。因此,需要提供一种以单一二价铁离子为原
料,制备得到的具有磁各向异性的纳米带的方法。
发明内容
到了磁性铁氧体纳米带。
铁离子被过度氧化为无磁性的三氧化二铁。
化三铁,即磁性铁氧体。相比于现有技术中的使用等离子体制备磁性铁氧体过程中,需要同
时加入二价铁离子和三价铁离子并同时加入氢氧根调节pH值,本发明提供的方法具有使用
原材料种类少,便于洁净化制备和后续清洗,有利于其在生物医疗方面的应用。
在具体的实施过程中,可以根据等离子体工作气体与空气密度的相对大小关系,设置排气
孔的位置。若工作气体密度大于空气如氩气,则需将排气孔设置在阴极下端气孔的上方位
置;反之,则需设置在下方位置。
墨电极、金电极和铂电极中的一种。其中,制备导电针尖的非金属导电材料可以为石墨。
出等离子体作用于二价铁盐溶液。优选地,所述阴极端具有平衡工作气体气压的出气孔,根
据惰性气体与空气的相对密度的大小,确定出气孔在阴极导电针尖的上方还是下方,目的
是将封闭反应腔内的空气完全排除,阳极可以设置平衡反应产生气体的出气孔,也可以完
全开放于大气。
定;所述阳极惰性电极的尺寸为能浸入二价铁盐溶液的任意尺寸。
纳米带所需功率调节,施加电压的最低值要能够将惰性气体稳定电离。
工作气体的压强为一个标准大气压。本发明中,等离子体发生系统在接近标准大气压的压
强下工作;所述惰性气体的流量可以调节。
0.01mol/l~1mol/l。本发明中,只需要单一二价铁离子,区别于现有技术中的二价铁离子
和三价铁离子以及氢氧根的混合物。
溶液的温度升高,有利于防止二价铁离子的过度氧化。阴极端的二价铁盐溶液表面对应的
电流大小会影响二价铁离子的温度升高以及影响局部二价铁离子的浓度,将其限定在0.01
2
~1A/cm的范围内,有利于防止二价铁离子的过度氧化。阴极端的二价铁盐溶液表面对应
的等离子工作气体的流量大小会影响反应界面的稳定性以及杂质气体的带走率,将其限定
在0.01sccm~10sccm内,有利于保持纳米带的尺寸均匀性同时也对防止二价铁离子的过度
氧化起辅助作用。
清洗,有利于生物医疗方面的应用;在二价铁盐溶液表面覆盖隔离液,并将阴电极与隔离液
间充满等离子体工作气体,以防止所述二价铁离子被过度氧化形成无磁性的三氧化二铁,
避免因亚铁离子过渡氧化造成的磁性减弱甚至消除的发生。且该方法结合了物理和化学两
种方法的优点,具有清洁、高效、低耗能制备生物相容纳米颗粒的优势。同时制备得到磁性
铁氧体纳米带具有较大的形状各向异性,有利于通过磁场对纳米带进行非接触调控。
附图说明
本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他
的附图。
具体实施方式
5‑阳极,6‑隔离液,7‑等离子体工作气体储存器,8‑直流电源。
2
氦气,反应器暴露于阴极下的面积为2cm。在接受等离子体作用的阴极端硫酸亚铁溶液的
表面施加聚α烯烃隔离液5μm。导电针尖与硫酸亚铁溶液的间距为2mm。施加电压30min后,采
用永磁铁的磁场收集得到铁氧体纳米带。
[400]、[422]、[511]、[440]、[533]、[731]。这与X射线衍射的JCPDS卡片PDF No.65‑3107非
常符合。
纳米带的透射电镜图,图中显示纳米带沿长轴方向取向比较明显,存在较多沿长轴方向的
裂痕。图(c)是纳米带的侧面图,可以估算纳米带的厚度在10nm左右。
2
流;等离子的工作气体为流量为25sccm的氦气,反应器阴极液面的面积为2cm。在等离子体
作用下的阴极硫酸亚铁溶液的表面施加醋酸脂隔离液2~15μm。导电针尖与硫酸亚铁溶液
的间距为1~3mm。施加电压30min后,采用磁场收集得到铁氧体纳米带。所得磁性铁氧体纳
米带的透射电镜x射线图和投射电镜图分别于图2和图3类似。
力也大幅度下降。饱和磁化强度下降是因为随着浓度的降低,颗粒的直径在下降并且更容
易被氧化为γ‑Fe2O3,而三氧化二铁的饱和磁化强度小于四氧化三铁的饱和磁化强度。随着
浓度的下降,颗粒直径减小并逐渐靠近超顺磁性临界尺寸,导致样品的矫顽力下降。
源向两电极施加4000V的偏压,5mA电流;等离子的工作气体为流量为25sccm的氦气,反应器
2
暴露于阴极下的面积为2cm 。在接受等离子体作用的阴极硫酸亚铁溶液的表面施加聚α烯
烃隔离液5μm。导电针尖与混合反应液的间距为2mm。施加电压30min后,未发现有固态生成
物。
2
流;等离子的工作气体为流量为25sccm的氦气,反应器暴露于阴极下的面积为2cm。在接受
等离子体作用的阴极硫酸亚铁溶液的表面不加入隔离液。导电针尖与硫酸亚铁溶液的间距
为2mm。施加电压30min后,发现有固态生成物,但是该固态生成物无法用永磁铁收集,即该
固态生成物没有磁性。
以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发
明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。