含电解质水基Fe3O4磁流体的制备及性能研究

作     者：张吉春 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李德忠

授予年度：2007年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：电解质 磁性纳米颗粒 Fe3O4磁流体 改性 

摘      要：磁流体是磁性纳米粒子包覆表面活性剂后均匀地分散在某种载液中而形成的胶体溶液。它是一种液态具有纳米尺寸的磁性材料,由于它既具有磁性又具有液体的流动性,以及它的超顺磁性,使其具有其它常规磁性材料不具备的一系列独特的优异性能,在高科技材料领域占有重要地位,并广泛应用于航空航天、电子技术、机械化工、信息技术、生物医药、环境保护等高新技术领域。 本文采用共沉淀法制备Fe3O4磁流体,对其抗电解质的性能进行了理论上的分析,设计出一种制备含有较多电解质的磁流体的工艺。并对制备的水基Fe3O4磁流体进行性能分析,涉及表面与胶体化学、磁学、材料学等理论知识。 选择部分区域还原法和共沉淀法两种制备纳米磁性粒子的方法进行对比,根据实验条件及实用性,选择共沉淀法来制备Fe3O4纳米粒子。利用正交实验法寻找最合适的反应物配比;通过反应物的配比,反应物的浓度,反应方式,反应温度,反应时间的不同对制备Fe3O4磁流体的性质影响研究,得出了制备Fe3O4磁流体的最佳条件是:采用共沉淀法,Fe2+/Fe3+摩尔比为2:3,沉淀剂NaOH浓度为2mol·L-1,反应温度为55℃,反应制备时间为5.5h。根据Stern双电层理论,分析Fe3O4胶体的静电与空间稳定机理,寻找使磁流体最稳定的pH与Zeta电位值;对Fe3O4胶体利用多聚磷酸钠进行初次无机表面改性,使其Zeta电位符号由正变为负;同时利用多聚磷酸钠的络合能力,使得Fe3O4颗粒周围聚集更多的Fe2+,Fe3O4颗粒也具备了较强的抵抗氧化的能力。再将初步改性后的Fe3O4胶体利用空间改性剂Brij35进行高分子包覆,使Fe3O4胶体同时具备了静电与空间稳定效果,从而制得稳定的水基磁流体。 测定水基磁流体的电导为4.0mΩ-1,约为未分散的Fe3O4悬浊液电导的5至7倍。结果表明该磁流体包含有更多的电解质。 共沉淀法制备水基Fe3O4磁流体操作步骤简单,不必将Fe3O4粒子从水溶液中分离,在机械力作用下将纳米颗粒分散在载液中制备磁流体即可。水基Fe3O4磁流体中磁性颗粒的最小粒径为37.8nm,磁流体具有很好的稳定性和较好的磁性,且具有一定的抗电解质侵扰的能力。