低温等离子体改性Fe3O4纳米颗粒及其界面表征

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随着现代工艺技术和高精尖设备的发展,四氧化三铁纳米颗粒(MNPs)在各个领域有着广泛的应用。作为应用最多的纳米材料之一,四氧化三铁纳米颗粒存在尺寸效应及溶液不稳定等缺点。传统的改性方法具有化学试剂残留、改性方法繁琐、价格昂贵、对其物化性质造成不可逆的影响等特点,因此不宜被广泛推广。低温等离子体改性是一种较为温和、操作简单、放电产物对环境无污染的新型改性手段,可以有效的避免改性方式对材料结构和性质造成损伤,因此,采用等离子体对金属粉体进行改性是一种创新型尝试。本文旨在通过低温N2/H2等离子体对四氧化三铁纳米颗粒进行功能化改性,使其拥有较好的分散性和稳定性。本文主要开展等离子体放电参数对材料功能化的影响研究,分析放电过程中活性粒子的种类以及功能化前后颗粒形貌和性能的变化。首先,通过因素轮换法对放电电压、气体流量配比、放电间隙、放电时间、放电频率和放电气体压强等实验参数进行轮换,观察和测量不同改性条件下MNPs在水溶液中的分散性和稳定性。结果表明,放电电压、气体流量配比和放电时间对MNPs功能化影响较大,其它参数影响不明显。其次,研究不同放电条件下,等离子体放电特性以及能量变化规律,结果表明,放电电压对能量的输入和输出影响较大。最后,采用光谱分析法对放电过程中活性粒子生成进行分析,采用XRD、FT-IR、SEM、VSM和ZETA对改性前后的MNPs的晶格结构、形貌和性能等性质进行对比,结果表明,放电过程中活性粒子基本相同,但不同的氮氢比对活性粒子种类有着显著的影响,且两者表现恰恰相反;改性前后的MNPs晶格结构和形貌特征没有发生明显的改变,改性后的MNPs表面相较于未改性的颗粒明显存在亲水基团,且改性后的MNPs分散性和稳定性有了明显的提高,但是改性后的MNPs磁性能有所降低。
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