纳米四氧化三铁的制备、改性

四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑，呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。

四氧化三铁硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物，逆尖晶石型、立方晶系。在外磁场下能够定向移动，粒径在一定范围之内具有超顺磁性，以及在外加交变电磁场作用下能产生热量等特性，其化学性能稳定，因而用途相当广泛。

纳米四氧化三铁的制备方法

物理方法

物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一产品纯度低、颗粒分布不均匀，易被氧化，且很难制备出 10nm 以下的纳米微粒，所以在工业生产和试验中很少被采纳。

化学方法

化学方法主要有共沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好，颗粒度较小，操作方法也较为容易，生产成本也较低，是目前研究、生产中主要采用的方法。

1、共沉淀法：

沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中 ， 加入适当的沉淀剂，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉。

2、溶胶-凝胶法：

溶胶 - 凝胶方法 (Sol - Gel) 是日本科学家发展起来的一种液相制备单分散金属氧化物颗粒的新工艺。

3、微乳液法：

微乳液是由油、水、表面活性剂有时存在助表面活性剂组成的透明、各向同性、低黏度的热力学稳定体系 ， 其中不溶于水的非极性物质作为分散介质,反应物水溶液为分散相 ， 表面活性剂为乳化剂 ， 形成油包水型或水包油微乳液。

4、水热法：

水热法是在密闭高压釜内的高温、高压反应环境中 ， 采用水作为反应介质，使通常难溶或不溶的前驱体溶解 ， 从而使其反应结晶的一种方法。

纳米Fe3O4 粒子的表面改性

由于制备的Fe3O4粒子容易团聚、容易被氧化，或者在某些方面不够完善，在使用时需对其表面进行改性，有目的地改变粒子表面的物理化学性质，如表面化学结构、表面疏水性、化学吸附和反应特性等。常用的表面改性方法如下：

表面化学改性法：

利用表面化学方法，如有机物分子中的官能团在Fe3O4粒子表面的吸附或化学反应对粒子表面进行局部包覆使其表面有机化，从而达到表面改性，这是目前Fe3O4粒子表面改性的主要方法。表面化学改性所用的表面改性剂多为阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和带有官能团的有机聚合物。如油酸、月桂酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等阴离子表面活性剂。

沉淀反应改性法：

沉淀反应改性是指通过无机化合物在Fe3O4粒子表面进行沉淀反应形成包覆层，从而改善其抗氧化性、分散性等。对共沉淀得到的Fe3O4纳米粒子在硅酸钠溶液中进行酸化处理，获得了表面包覆SiO2层的核壳结构的磁性粒子。由于SiO2的位阻作用，限制了Fe3O4微晶的团聚和继续生长，使Fe3O4核分散在产物中保持较小的晶粒尺寸，包覆产物表现出超顺磁性，同时提高了磁性组分的耐候性。

溶胶-凝胶法改性：

溶胶-凝胶过程指无机前驱体通过各种反应形成三维网状结构。SiO2是溶胶-凝胶法改性Fe3O4中应用最为广泛的一种调节表面和界面性质的表面修饰剂。该方法通常是采用正硅酸乙酯为原料，通过优化水解条件在Fe3O4粒子表面包覆一层SiO2，提高Fe3O4粒子的稳定性。

静电自组装改性：

静电自组装，又称层层自组装或逐层自组装，是近年来出现的一种新型的粒子自组装的方法，它为合成新型、稳定和功能化的核壳式微球提供了新的选择，并且技术简便易行，无须特殊装置，通常以水为溶剂。因此，备受国内外研究学者的关注。

纳米四氧化三铁的应用

当四氧化三铁的尺寸降至纳米量级时，由于纳米粒子的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等的影响，使其具有不同于常规体相材料的特殊的磁性质。这也使其在工业、生物医药等领域有着特殊的应用。