纳米氧化铁的多种应用

纳米氧化铁具有独特的光学、磁学、热学、催化等性质,广泛应用于磁性材料、颜料、精细陶瓷以及塑料制品的制备和催化剂工业中,在声学、电子学、光学、热学,尤其是医学和生物工程等方面也有广泛的应用价值和前景。同时,它还是一种新型传感器材料,不需要掺杂贵金属就可用于检测空气中的可燃性气体和有毒性气体,具有气敏性高和能耗低的特点。

应用

1、在磁性材料和磁记录材料中的应用

作为磁记录单位的磁性粒子的大小必须满足以下要求: 颗粒的长度应小于记录波长; 粒子的宽度应该远小于记录深度; 一个单位的记录体积中, 应尽可能有更多的磁性粒子。纳米Fe2O3具有良好磁性和很好的硬度。氧磁性材料主要包括软磁氧化铁(α-Fe2O3) 和磁记录氧化铁(γ- Fe2O3) 。磁性纳米微粒由于尺寸小, 具有单磁畴结构、矫顽力很高的特性, 用它制作磁性记录材料可以提高信噪比。目前,所用的录像磁带一般使用的磁性超微粒为铁或氧化铁的针状粒子(如针状γ- Fe2O3)。当然，磁性记录材料的前景日益受到了半导体材料、碳纳米管等新型材料的挑战。目前使用半导体材料的固态硬盘技术已经十分成熟，但是不可否认的是，使用氧化铁 磁记录材料的传统硬盘依然是最具性价比的存储设备。

2、在油漆、涂料中的应用

在颜料中, 纳米氧化铁又被称为透明氧化铁( 透铁) 。所谓透明, 并非特指粒子本身的宏观透明, 而是指将颜料粒子分散在有机相中制成一层漆膜( 或称油膜) ,当光线照射到该漆膜上时, 如果基本不改变原来的方向而透过漆膜, 就称该颜料粒子是透明的。透明氧化铁颜料具有高彩度、高着色力和高透明度, 经特殊的表面处理后具有良好的研磨分散性。

透明氧化铁颜料可用于油化与醇酸、氨基醇酸、丙烯酸等漆料制成透明色漆, 有良好的装饰性。此种透明漆既可单独, 也可和其他有机彩色颜料的色浆相混, 如加入少量非浮性的铝粉浆则可制成有闪烁感的金属效应漆; 与不同颜色的底漆配套, 可用于汽车、自行车、仪器、仪表、木器等要求高的装饰性场合。透铁颜料强烈吸收紫外线的特性使其可作为塑料中紫外线屏蔽剂,而用于饮料、医药等包装塑料中。纳米Fe2O3 在静电屏蔽涂料中也有广阔的应用前景, 目前已研制成功具有良好静电屏蔽的Fe3O2 纳米涂料。这种具有半导体特性的纳米粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电性, 因而能起到静电屏蔽作用。

3、在陶瓷材料中的应用

氧化铁系统陶瓷首先以具有特殊磁性的间晶石型铁氧体而得到广泛的应用。目前用于氧化铁单元系统陶瓷的超细粉体多采用共沉淀法制备, 此法制得的氧化铁粉体平均粒径一般为40nm～60 nm,比表面积为30 m2/g～60 m2/g, 用其制备的气敏陶瓷具有良好的灵敏度。

4、在着色剂中的应用

随着人们生活水平的提高, 人们越来越重视医药、化妆品、食品中使用的着色剂, 无毒着色剂成了人们关注的焦点。纳米氧化铁在严格控制砷和重金属含量的情况下,是良好的着色剂。纳米氧化铁可用于制造化妆品中的粉饼, 若与珠光颜料并用可使珠光颜料着色, 增添珠光粉的魅力。药用明胶胶囊、果冻和某些饮料等也都使用了透明氧化铁作为着色剂。

5、在光吸收材料中的应用

纳米微粒的量子尺寸效应使其对某种波长的光吸收带有蓝移现象和对各种波长光的吸收带存在宽化现象,纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性而制成的。通常, 纳米微粒紫外吸收材料是将微粒分散到树脂中制成膜, 这种膜对紫外光的吸收能力依赖于纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组分。Fe2O3纳米微粒的聚固醇树脂膜对600nm以下的光有良好的吸收能力, 可用作半导体器件的紫外线过滤器。

6、在定向药物中的应用

定向药物是目前药物技术研究的热点之一。在外加磁场的作用下,通过载体—纳米微粒的磁性导航,使药物移向病变部位,达到定向治疗的目的。这样不但可以极大地提高药物的效率,而且能减少药物在人体其他器官上的量,从而有效避免药物在对病灶作用的同时伤害人体其他器官。磁性氧化铁生物纳米颗粒易定向,对人体无副作用,可作为药物定向的有效载体。10nm～50nm的Fe3O4的磁性粒子表面包覆甲基丙烯酸,尺寸为200 nm,这种亚微米级的粒子携带蛋白、抗体和药物可以用于癌症的诊断和治疗。这种局部治疗效果好,副作用少,很可能成为癌症的治疗方向。

7、在催化剂中的应用

纳米氧化铁是一种很好的催化剂。将用纳米α- Fe2O3做成的空心小球,浮在含有有机物的废水表面上,利用太阳光进行有机物的降解可加速废水处理过程。美国、日本等对海上石油泄露造成的污染进行处理时采用的就是这种方法。纳米α- Fe2O3已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成的催化剂。纳米α- Fe2O3 催化剂可使石油的裂解速度提高1～5 倍,以其作为燃烧催化剂制成的固体推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高1～10 倍,这对制造高性能火箭及导弹十分有利。

8、其他应用

纳米氧化铁在其他方面也有应用,如用大分子葡聚糖包埋的磁性氧化铁可用于肝和脾的磁共振造影增强剂,利用纳米级氧化铁与NT 组成混合炸药来提高炸药的爆热等等。

小结：

纳米技术是一门神奇的粉体材料技术，具有近似于化腐朽为神奇的的魔力。我们日常生活很多常见的普通材料，在纳米化后，往往都出现了许多意想不到的变化。普通的氧化铁粉体为红棕色粉末为一 种低级颜料，工业上称氧化铁红，用于油漆、油墨、橡胶等工业中。但是一旦实现纳米化后，即在本文所述的多个高端应用领域实现了高大上的华丽变身。纳米技术 是当今粉体材料行业的热点技术，目前依然还处于研究成果多，实用化、产业化项目少的状况。今后，纳米技术的产业化探索将成为务实的发展方向。

来源：粉体圈