磁性Fe3O4纳米材料表面修饰及相关性能研究

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磁性纳米颗粒因其独特的物理化学性质在诸多领域具有广泛应用,如磁流体、催化、生物科技、核磁共振成像、靶向载药、信息存储等。其中,Fe304作为一种常见的磁性铁氧体材料,若要实现上述应用,需要其颗粒粒径小于20nm且具有单分散性、超顺磁性、良好的稳定性以及磁响应。在目前合成Fe304纳米颗粒的主要方法中,热分解法在制备高质量的单分散氧化铁纳米颗粒方面有显著优越性。本论文中,我们采用一种改良的高温热分解法制备出粒径均一、分散性好、表面性质可控的Fe304磁性纳米粒子,并进一步对其进行表面化学修饰,之后通过与导电高分子材料复合探索其在隐身吸波领域的应用,具体研究内容如下:首先,利用油酸分子修饰获得了单分散性良好的油溶性Fe304纳米颗粒,同时通过TGA及FT-IR从浓度、温度等方面对油酸在Fe304磁性纳米粒子的表面吸附进行了探讨。其次,利用油酸修饰的Fe304纳米颗粒具有良好的油溶性这一特点,将其均匀分散在微乳液的油相中,然后通过微乳液聚合的手段来合成单分散的核壳结构聚苯胺包覆Fe304纳米粒子复合物,并使用TEM、XRD等一系列手段分别从形貌、结构、导电性和磁性能等方面对其进行了表征。另外,我们还对该复合材料在微波吸收领域的应用进行了探索,结果表明,随着吸波剂厚度的增加,反射损失的极值位置逐渐移向低频区,有效吸收带宽有所下降。其中,当吸波材料的厚度为3mm时,反射损失在10.52GHz的频率处有极值,为-26.98dB,在该厚度条件下的有效带宽为3.74GHz,有效带宽的频率范围为8.65-13.39GHz。另一方面,水基磁流体因为其在生物医药等领域的潜在应用而吸引了人们的广泛注意。我们使用柠檬酸钠分子对Fe304纳米颗粒进行修饰,获得了水溶性良好的磁性纳米颗粒。同时利用激光粒度仪及FT-IR对修饰后的Fe304磁性纳米粒子进行了表征。结果表明,经柠檬酸钠分子修饰后,Fe304纳米颗粒具有良好的耐酸碱性和耐盐性,在pH4-9,盐浓度0-0.2M范围内均能大致保持稳定,同时,表面羧基的反应活性也使我们制备的经柠檬酸钠修饰的Fe304纳米颗粒在磁分离和生物医药等领域有很大的应用潜能。我们还尝试利用Fe3O4纳米颗粒的类过氧化物酶催化活性,在没有聚阴离子模板的条件下,通过催化法合成聚苯胺包覆Fe3O4纳米粒子复合材料,且从pH值、表而活性剂加入量和双氧水加入量三个方面对反应条件进行了优化。确定了最优反应条件之后,为了确保Fe304纳米颗粒在复合物中能良好分散,我们还使用柠檬酸钠分子对其进行了修饰。通过TEM、FT-IR、XRD等一系列表征手段证实了我们使用催化聚合法成功地将聚苯胺包覆在了Fe3O4纳米颗粒的表面。通过电磁参数的测试,我们对该复合材料的微波吸性能进行了探索,结果表明,随着吸波剂厚度的增加,8-12GHz范围内的反射损失极值逐渐增大且位置移向低频区,吸收带逐渐展宽。13-16GHz范围内的反射损失极值先增大后减小,当吸波剂的厚度为3mm时,达到最大值。虽然该复合材料的吸波性能还有待提高,但比文献中报道的已略有改善。
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