專利名稱：水溶性四氧化三鐵納米晶體的控溫控壓微波合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶性四氧化三鐵納米晶體的控溫控壓微波合成方法，以三價(jià)和二價(jià)鐵鹽為原料，利用控溫、控壓微波合成技術(shù)制備四氧化三鐵磁性納米晶體，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Fe3O4體相材料是一種鐵磁性化合物。當(dāng)納米Fe3O4粒徑約為3-10納米時(shí)，由于尺度量子效應(yīng)和介電限域效應(yīng)使它們表現(xiàn)出超順磁性質(zhì)(即在磁場存在下具有磁性，當(dāng)磁場消失時(shí)表現(xiàn)為非磁性)。這種特殊性能的材料在核磁共振成像，靶向藥物治療，生物分子及細(xì)胞分離，臨床診斷具有十分廣泛的應(yīng)用。
合成高質(zhì)量的磁性納米材料(如Fe3O4，F(xiàn)e2O3，MFe2O4，M＝Co，Mn，Ni)最廣泛采用的是液相合成方法，其中又分為有機(jī)相合成和水相合成兩種。有機(jī)相方法通常是在有機(jī)溶劑中穩(wěn)定劑存在下高溫(200℃～300℃)分解金屬有機(jī)物前驅(qū)體，如FeCup3CupC6H5N(NO)O-，羰基鐵Fe(CO)5，F(xiàn)e(acac)3乙酰丙酮鐵(1.J.Am.Chem.Soc.1999，121，11595；2.J.Am.Chem.Soc.2002，124，8204；3.J.Am.Chem.Soc.2001，123，12798.)，其反應(yīng)速度快，所得的磁性納米晶體結(jié)晶程度好，尺寸均一。但此方法條件苛刻，所使用溶劑和穩(wěn)定劑較昂貴，且有毒，操作環(huán)境要求較高以及容易對自然環(huán)境造成污染。更重要的是有機(jī)相合成法得到的納米晶體表面吸附大量憎水性穩(wěn)定劑，使其難溶于水，不能直接用于生物標(biāo)記。必須采用配體交換和包覆的方法，對納米晶體的表面進(jìn)行修飾以增加其親水性。水相合成法是一種最古老的合成磁性材料的方法，通常利用三價(jià)和二價(jià)鐵離子按化學(xué)計(jì)量比在堿性溶液和60-70℃下進(jìn)行共沉淀所得。水相合成法條件溫和友好，操作簡單、且易于規(guī)?；苽?，但合成過程需要控制的因素較多，如水溫，鐵離子濃度，pH值等。與有機(jī)相合成法比，其最大的不足在于合成產(chǎn)物是多分散的，尺寸分布較寬，且結(jié)晶度不好。這嚴(yán)重影響其應(yīng)用，特別在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。納米生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對磁性納米顆粒的要求越來越高，希望其不但具有優(yōu)良的磁性還希望具有良好的水溶性、生物相容性和尺寸均一性。但目前傳統(tǒng)的有機(jī)相和水相合成方法的產(chǎn)物都無法滿足這些要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前水相和有機(jī)相合成方法的缺陷，提供一種水溶性四氧化三鐵納米晶體的控溫控壓微波合成方法，具有合成速度快、產(chǎn)物水溶性好、單分散性好的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明以水為溶劑，以亞鐵鹽和鐵鹽作為原料，以水溶性多元醇作為穩(wěn)定劑，調(diào)節(jié)溶液pH值制得堿性反應(yīng)前體溶液，然后將此前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，迅速合成高質(zhì)量(水溶，尺寸均一)3nm～40nm四氧化三鐵磁性納米晶體，其粒徑分布在10％-20％，飽和磁強(qiáng)度達(dá)到70emu/g-120emu/g。
本發(fā)明的方法具體包括如下步驟1、前體溶液制備將摩爾比為1∶2的亞鐵鹽和鐵鹽溶于水中，總鐵濃度控制在0.001-1摩爾/升。加入多元醇作為穩(wěn)定劑，多元醇與水的體積比控制在1∶10至5∶1。調(diào)節(jié)溶液pH值至5-12，得到前體溶液。
2、微波合成四氧化三鐵納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鐵納米晶體。微波加熱條件為微波振蕩頻率300MHZ～3000MHZ，微波功率50W～1000W，加熱時(shí)間1分鐘～10小時(shí)，加熱溫度50～250攝氏度。
本發(fā)明所述的鐵鹽包括硝酸鐵、高氯酸鐵、氯化鐵、醋酸鐵、硫酸鐵；所述的亞鐵鹽包括硝酸亞鐵、氯化亞鐵、醋酸亞鐵、硫酸亞鐵等；所述的多元醇包括乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、1，2-丙二醇等。
本發(fā)明的方法操作簡單，條件溫和，成本低。合成產(chǎn)物四氧化三鐵納米晶體具有水溶性和穩(wěn)定性好、磁性能強(qiáng)、尺度分布均一、大小可調(diào)、易與生物大分子連接等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下通過幾個(gè)具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。
實(shí)施例11、反應(yīng)前體溶液制備將摩爾比為1∶2的氯化亞鐵和氯化鐵溶于水中，總鐵濃度為0.01摩爾/升，加入丙三醇作為穩(wěn)定劑，丙三醇與水的體積比控制在1∶1。調(diào)節(jié)溶液pH值至12，得到前體溶液。
2、微波合成四氧化三鐵納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鐵納米晶體。
微波加熱條件為微波振蕩頻率2450MHZ，微波功率400W，加熱時(shí)間4小時(shí)，加熱溫度140攝氏度。
實(shí)施例21、反應(yīng)前體溶液制備將摩爾比為1∶2的硫酸亞鐵和硫酸鐵溶于水中，總鐵濃度為0.04摩爾/升，加入1，2-丙二醇作為穩(wěn)定劑，1，2-丙二醇與水的體積比控制在1∶2。調(diào)節(jié)溶液pH值至8，得到前體溶液。
2、微波合成四氧化三鐵納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鐵納米晶體。
微波加熱條件為微波振蕩頻率2450MHZ，
微波功率600W，加熱時(shí)間30分鐘，加熱溫度160攝氏度。
實(shí)施例31、反應(yīng)前體溶液制備將摩爾比為1∶2的硝酸亞鐵和硝酸鐵溶于水中，總鐵濃度為0.1摩爾/升，加入乙二醇作為穩(wěn)定劑，乙二醇與水的體積比控制在1∶4。調(diào)節(jié)溶液pH值至10，得到前體溶液。
2、微波合成四氧化三鐵納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鐵納米晶體。
微波加熱條件為微波振蕩頻率2450MHZ，微波功率100W，加熱時(shí)間2小時(shí)，加熱溫度200攝氏度。
權(quán)利要求
1.一種水溶性四氧化三鐵納米晶體的控溫控壓微波合成方法，其特征在于包括如下步驟1)前體溶液制備將摩爾比為1∶2的亞鐵鹽和鐵鹽溶于水中，總鐵濃度控制在0.001-1摩爾/升，加入水溶性多元醇作為穩(wěn)定劑，多元醇與水的體積比控制在1∶10至10∶1，調(diào)節(jié)溶液pH值至5-12，得到前體溶液；2)微波合成四氧化三鐵納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鐵納米晶體；其中微波加熱條件為微波振蕩頻率300MHZ～3000MHZ，微波功率50W～1000W，加熱時(shí)間1分鐘～10小時(shí)，加熱溫度50～250攝氏度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的水溶性四氧化三鐵納米晶體的控溫控壓微波合成方法，其特征在于所述的鐵鹽為硝酸鐵、高氯酸鐵、氯化鐵、醋酸鐵或硫酸鐵；所述的亞鐵鹽為硝酸亞鐵、氯化亞鐵、醋酸亞鐵或硫酸亞鐵；所述的水溶性多元醇為乙二醇、聚乙二醇、丙三醇或1，2-丙二醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水溶性四氧化三鐵納米晶體的控溫控壓微波合成方法，首先以水為溶劑，以亞鐵鹽和鐵鹽作為原料，以水溶性多元醇作為穩(wěn)定劑，調(diào)節(jié)溶液pH值制得堿性反應(yīng)前體溶液，然后將此前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，迅速合成四氧化三鐵納米晶體。本發(fā)明方法操作簡單，條件溫和，成本低，合成產(chǎn)物四氧化三鐵納米晶體具有水溶性和穩(wěn)定性好、磁性強(qiáng)、尺度分布均一、大小可調(diào)、易與生物大分子連接等特點(diǎn)。
文檔編號C30B7/00GK1865157SQ20061002566
公開日2006年11月22日 申請日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者任吉存, 李良 申請人:上海交通大學(xué)