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当代化工研究
weflat
科研开发
2016-10
纳米四氧化三铁颗粒的表面改性研究
*张熙
（华中科技大学湖北430074）
摘要：随着纳来技术的不断发展，有关磁性纳术粒的研究需来愈受到重视，纳来Fe,0,额粒由于独特的磁学和电学性质，具备相当的研究价值。本文速用水热法进行制备纳来Fe，,颖拉。随后，采用粉体原子层沉积设备进行表面改性试整。改性包括两组实验，实验一采用控制变量法对脉冲时问进行研究，通过CP检测发现，当脉冲时间达到120s时，样品中AI的质量分数趋近饱和，从而确定120s及以上是合造的脉冲时间；实检二采用控制变量法对循环次数进行研究，通过热重和VSM实些发现，当循环次数为10cycles，样品的抗氧化性较强，同时其碳性衰减也较少。
关键调：碳性钠术颖粒；水热法；原子层况积；抗氧化性；碳性
中图分类号：T
文献标识码：A
StudyofSurfaceModificationofNano-ironOxideParticle
ZhangXi
(Huazhong University of Science and Technology, Hubei, 430074)
Abstracf: Wirh rhe cominrous developmenr of nanorfechnologs, rhe stiedies aboun magneric nanoparticle atfract more and more attention Fe,O, nanoparticle, due fo the armiqe magneric and elecfrical properries, has considerable research vale. This article chooses rhehydrothermal method to prepare Fe,O, nanoparticles. And then, tusing the powder afomic layer deposition equipmenf to fake surface modificationt experimenr. The modification inchdes wo experiments and experimenr J adopts controling variables mezhod to study the parlse rime, and ofier ICP resz, we find thar when the puse time neaches to 120s, zhe qality scone of sample Af is reaching lo the saturation stafe, so we defermine the fime of 120 s and above is zhe appropriate righr pulse rime. Experiment 2 adopts controlling variables merhod to study zhe cycle-index, and zhrough rhe VSM and rhermogravimetric experimens, we jfind zhar when the cycle-index is 10 cycles, he inoxridizability of samples is stronger, meamwhile its magnetism also decreases.
Key words: magneric nanoparticle; hydrothermal method; atomic layer deposition; inoxidizability; magnetism
1.课题背景
在纳米技术高速发展的同时，有关金属纳米颗粒，特别是磁性金属纳米颗粒的制备方法和它的性能研究也受到了极大的重视。并且，磁性金属纳米颗粒不仅具备特有的高催化活性，其在多种有机溶剂中的高化学稳定性也得到了广泛关注。其实，Fe,O.及其纳米级材料在工业领域一直扮演着十分重要的角色，特别是在纳米级别，磁性纳米材料特有的量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应得到了体现。宏观量子隧道效应是指微观粒子在总能量小于势垒高度的情况下，粒子仍能穿越它的现象。磁学方面，当Fe,O。的尺寸为16nm时，由于热运动的作用，它的磁化趋势不会在一个易磁化的方向固定，而是始终做无规律的变化，此外，如果Fe，O的尺寸继续缩小，它会表现出很高的超顺磁性。在生物医学工程、工业技术延展到环境治理等应用领域
内，Fe3O4及其纳米级材料也得到的广泛的关注。 2.纳米Fe.O.微粒的制备
WangL等人利用以上原料合成出分散性较好、不团聚、平均粒径介于15nm至50nm之间的纳米Fe,O,微粒。本文仿
照该方法合成纳米Fe,O微粒。 3.表面改性实验
接下来使用某原子层沉积设备，对上文所述样品进行表面改性试验。
(1)不同脉冲时间的表面改性工作
由于原子层沉积反应的自限制性，脉冲时间梯度设置为30s、60s、90s、120s、160s、200s。这时我们注意，万方数据
选取的循环次数均为10cycles，最后通过成分分析测试确定合适的脉冲时间，其工艺如下：①抽真空并加热；②恢复气压；③重复①：④调节前驱体脉冲1（去离子水）；5调节前驱体脉冲2（TMA）；6编写工艺流程；(7程序执行完毕，重复2，取出样品则实验完成。
反应的化学方程式如下
2AI(CH,J, + 3H,O → Al,O, + 6CH 半反应方程式如下：
(A)2AIOH*+2AI(CH,la→2[AIOAI(CH.),]*+2CH4(B)2[AIOAI(CH,},]*+3H,O→AI,O,+2AIOH*+4CH。(2)不同循环次数的表面改性工作
②2 ③
由于纳米Fe,O.颗粒在空气中易被氧化，采用Al,O,包覆会提高其稳定性，但当包覆层数高于某个临界值时，纳米 Fe,O颗粒的顺磁性会大幅衰弱，失去使用价值。为了保证纳米Fe,O,颗粒在常态中的稳定性，同时尽量减少磁性的减弱，计划通过不同循环层数的表面改性工作，具体循环梯度设置为10、20、30，为了确保脉冲时间足够，我们选取 200s作为脉冲时间，最后通过热重测试、磁性测试确定合适的循环层数，其工艺类似3.1。
反应的化学方程式，半反应方程式同3.1。 4.Al,O./Fe.O.的性能研究
(1)质量分数的表征及分析
采用ICP对样品进行质量分数表征。结果如图1所示。可以看到，随着脉冲时间的变化，AI的百分含量不断增加，但增长率不断降低，在脉冲时间约为120s时，AI的百分含量