磁性纳米粒子
1.利用空气中的氧气作为天然的氧化剂，在较低温度下部分氧化Fe2+，无需氮气保护，简洁快速的制备出具有多种形貌的Fe30;磁性粒子。制备过程中无需添加其它的稳定剂和氧化剂。我们以pH值、反应温度和反应时间为主要参数设计正交试验，探索反应的最佳条件。对最佳反应条件下制备的产物进行性质表征。结果表明:碱源不同得到的产物形貌各异，以NaOH作为碱源，反应在室温下即可得到产物为八面体状;以氨水作为碱源，反应得到的是类球形纳米粒子;以NaOH和氨水共同作为碱源，得到片状的Fe304。该实验不仅为其它类似纳米材料的制备提供了一种简单可行的方法，也为期望通过改变反应物获得不同形貌的
纳米材料提供了一个有效的参考。
2.在探索得到的最佳反应条件下，分别制备分散性良好的八面体形貌纳米Fe30;和类球形纳米Fe304，反应完全后洗涤至中性，加入适量的油酸钠，通过Fe30;表面所带轻基与油酸钠的梭基结合形成醋键，我们得到了Fe304@油酸核壳结构。对产物性质进行表征的结果显示，油酸钠修饰并未改变Fe304原有形貌且仍具有超顺磁性，反应产物中油酸的量占总量的较少。少量油酸的包覆使得Fe30;表面由原先的亲水转变为疏水。此外，将得到的Fe304@油酸分散在有机溶剂中可以形成磁流体且磁响应性和稳定性极好，可广泛应用于磁性流体密封、磁流体选矿等领域。
3.将上一章中制备的两种形貌的Fe304@油酸纳米材料分散在苯乙烯中，加入引发剂后，苯乙烯在Fe304@油酸表面原位聚合，最终
得到Fe304/PS无机高分子复合材料，后对其性质进行表征并讨论了不同形貌Fe304@油酸和表面活性剂对反应的影响。结果表明，类球形形貌Fe304@油酸更容易与聚合物形成复合材料，且在没有表面活性剂SDS的情况下也可发生，而对于八面体形貌Fe304@油酸，必须在加入SDS的情况下复合才一可以发生。
2.2.2.1以NaOH为碱源
称取一定量的FeS04}7H20配成O.OSM的溶液，取SOmL 于锥形瓶中，向该溶液中滴加3M的NaOH溶液。将反应物的pH、温度(T)和反应时间((t)这三个因素作为主要参数设计正交试验来确定反应的最佳条件。在最佳条件下锥形瓶中的混合物由墨绿色逐渐变为棕色，最后变为黑色。停止搅拌后静置并用磁铁分离，用二次水和无水乙醇分别洗涤若干次，放入真空干燥箱中干燥，待用。
将0.6 g氢氧化钠(NaOH)加入到100 mL去离子水配成溶液置于三口烧瓶中，置于50 0C,的水浴中，用N:驱走烧瓶中的空气，在N2保护下，搅拌溶解，另外将1.86 g七水合硫酸亚铁((FeS04} 7H20)溶解在100 mL去离子水中，将配制好的FeS04溶液滴加到NaOH溶液中，整个过程不断搅拌。滴加后搅拌10 min,向反应体系中通入压缩空气，气流流速控制在40 L/h。反应3h后，得到黑色悬浊液，将产物用磁铁分离，经去离子水和无水乙醇多次洗涤，得到的黑色沉淀，然后将沉淀置于60 0C干燥箱内干燥12h，就得到了黑色粉末样品。
3.3.2.1反应时间对产物形貌的影响
为了研究其生长机理，我们对产物分时取样，并观察产物的结构及形貌形貌随时间的变化。图3-2和3-3分别为不同时间下样品的SEM像及XRD谱图，结合两图我们发现，当r20 min时，得到的产物为无定形的绿锈，绿锈分子式可简单表示为[Fe( II )4Fe(III卜On(OH)9-2n}'S04;在1h时，出现大量球形颗粒，由XRD图可知是Fe304纳米粒子，反应进行到2h时，全部转变为球形Fe304颗粒;反应4h时，除大量球形颗粒外，还含有少量Fe00H针状颗粒，这是由于Fe304纳米粒子过氧化而造成。将球形颗粒的粒径进行对比可以看出，随着时间的延长，颗粒不断长大。
图4-4为50 0C不同}NaOH』得到的产物形貌图，有图3-4(a)中可见，在不加入碱的情况下，得到的是浅黄色的粉末，微观形貌为棒状，从第二章我们可知这些纳米棒为a-Fe00H，是酸法合成过程，即先氧化后沉淀的过程。这是由于FeS04在水解氧化的过程中，Fe2+水解生成Fe(OH):速度小于其被氧化的速度，因此得到Fe00H晶种，继续通入空气，Fe2+被直接氧化成Fe00H，并沉积在晶种上使晶种不断长大。而当[NaOH]增加到3 g/L时，Fe(OH):易于生成，部分被氧化得到黑色的磁性粉末，为球形Fe30;纳米粒子【图3-4(b)]，当[NaOH 伪10 g/L时，产物也为浅黄色粉末，这是在典型的碱性条件下获得a-Fe00H的方式[89, 901是一个先沉淀后氧化的过程。高PH值使Fe(OH):沉淀更先被得到，再通过空气的氧化长成棒状的a-Fe00H【图3-4(c, d)]。在PH值更高的情况下，当[NaOH]增加到30叭时，可以
看到棒状a-Fe00H的尺寸变大，长径比增加，结晶度更高。这说明高pH值有利于a-Fe00H的形成，而在[NaOH」在3 g/L左右时，才会得到较纯的Fe304 0
3.3.2.3空气流速对产物形貌的影响
在前面实验的基础上，固定NaOH含量为为0.6 g, FeSO;含量为1.86 g，液相反应温度为50 0C，只改变空气流速，研究引入压缩空气的流速对于产物形貌的影响。图3-5是不用气体流速下制备的产物形貌的SEM照片。由图3-5(a)可以看出空气流速为20 Lm时，得到为扁平状和片状的粒子，任有部分Fe(OH)Z存在，当空气流速为40 L/h时，得到球形的Fe30;纳米粒子，尺寸分布在70-120nIn，当空气流速增大到60 L/h时，除了球形的Fe304纳米粒子之外，产物中出现棒状的a-Fe00H而到160 L/h时，产物全部为状的a-Fe00H，这是由于空气流速的加快，有足够多的02将Fe(OH):全部氧化生成了a-Fe00H o
3.3.2.4液相反应温度的影响
氧化温度的高低直接影响所形成产物的种类和形貌，图3-6给出了不同液相反应温度下制备的产物的SEM图片。当温度低于50 0C时，反应速率较慢，而通入的压缩空气量足够将二价铁离子氧化得到Fe00H，因此图3-6(a)出现Fe00H和Fe304的混合物，当温度高于50 0C时，反应速率较快，二价铁离子来不及完全被氧化就形成了球形的Fe30;纳米粒子【图3-6(b, c)]。因此在本章典型的实验条件下，温度越高越有利于Fe3氏纳米粒子的产生。
1) 0.6 g NaOH和1.86g FeS04在50 0C下，气流流速控制在40 L/h反应3h后，得到的产物为5080 nm左右的球形粒子产物，氧化的过程是先生成绿锈，在由绿锈氧化生成Fe30;纳米粒子，但反应时间过长会产生针状a-Fe00H杂质。
2)改变碱含量，空气流速，反应温度可以控制产物的结构组成。在困aOH]=3叭，空气流速为40 L/h，液相温度为50 0C时，可以获得高纯度Fe304纳米粒子。
3)改变氧化剂的种类可以调制磁性纳米粒子的形貌。以KN03作为氧化剂时，可以得到形态规则的八面体状的Fe30;纳米粒子，而以空气作为氧化剂时，得到尺寸分布在50-100 nm的Fe304纳米球形粒子。