四氧化三鐵是一種常用的磁性材料，又稱氧化鐵黑，呈黑色或灰藍色。四氧化三鐵是一種鐵酸鹽，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表鐵的價態）。在Fe3O4里，鐵顯兩種價態，一個鐵原子顯+2價，兩個鐵原子顯+3價，所以說四氧化三鐵可看成是由FeO與Fe2O3組成的化合物，可表示為FeO〃Fe2O3，而不能說是FeO與Fe2O3組成的混合物，它屬于純凈物。

四氧化三鐵硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亞鐵和氧化鐵組成的化合物，逆尖晶石型、立方晶系。在外磁場下能夠定向移動，粒徑在一定范圍之內具有超順磁性，以及在外加交變電磁場作用下能產生熱量等特性，其化學性能穩定，因而用途相當廣泛。

納米微粒的制備方法主要有：

1.物理方法

物理方法制備納米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、機械球磨法等。但是用物理方法制備的樣品一產品純度低、顆粒分布不均勻，易被氧化，且很難制備出 10nm 以下的納米微粒，所以在工業生產和試驗中很少被采納。

2.化學方法

化學方法主要有共沉淀法、溶膠 - 凝膠法、微乳液法、水解法、水熱法等。采用化學方法獲得的納米微粒的粒子一般質量較好，顆粒度較小，操作方法也較為容易，生產成本也較低，是目前研究、生產中主要采用的方法。

（1）共沉淀法：沉淀法是在包含兩種或兩種以上金屬離子的可溶性鹽溶液中 ， 加入適當的沉淀劑，使金屬離子均勻沉淀或結晶出來，再將沉淀物脫水或熱分解而制得納米微粉。

（2）溶膠-凝膠法：溶膠 - 凝膠方法 (Sol - Gel) 是日本科學家發展起來的一種液相制備單分散金屬氧化物顆粒的新工藝。

（3）微乳液法：微乳液是由油、水、表面活性劑有時存在助表面活性劑組成的透明、各向同性、低黏度的熱力學穩定體系 ， 其中不溶于水的非極性物質作為分散介質,反應物水溶液為分散相 ， 表面活性劑為乳化劑 ， 形成油包水型或水包油微乳液。

（4）水熱法：水熱法是在密閉高壓釜內的高溫、高壓反應環境中 ， 采用水作為反應介質，使通常難溶或不溶的前驅體溶解 ， 從而使其反應結晶的一種方法。

納米Fe3O4 粒子的表面改性

由于制備的Fe3O4粒子容易團聚、容易被氧化，或者在某些方面不夠完善，在使用時需對其表面進行改性，有目的地改變粒子表面的物理化學性質，如表面化學結構、表面疏水性、化學吸附和反應特性等。常用的表面改性方法如下：

1.表面化學改性法：

利用表面化學方法，如有機物分子中的官能團在Fe3O4粒子表面的吸附或化學反應對粒子表面進行局部包覆使其表面有機化，從而達到表面改性，這是目前Fe3O4粒子表面改性的主要方法。表面化學改性所用的表面改性劑多為陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑和帶有官能團的有機聚合物。如油酸、月桂酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等陰離子表面活性劑。

2.沉淀反應改性法：

沉淀反應改性是指通過無機化合物在Fe3O4粒子表面進行沉淀反應形成包覆層，從而改善其抗氧化性、分散性等。對共沉淀得到的Fe3O4納米粒子在硅酸鈉溶液中進行酸化處理，獲得了表面包覆SiO2層的核殼結構的磁性粒子。由于SiO2的位阻作用，限制了Fe3O4微晶的團聚和繼續生長，使Fe3O4核分散在產物中保持較小的晶粒尺寸，包覆產物表現出超順磁性，同時提高了磁性組分的耐候性。

3.溶膠-凝膠法改性：

溶膠-凝膠過程指無機前驅體通過各種反應形成三維網狀結構。SiO2是溶膠-凝膠法改性Fe3O4中應用比較廣泛的一種調節表面和界面性質的表面修飾劑。該方法通常是采用正硅酸乙酯為原料，通過優化水解條件在Fe3O4粒子表面包覆一層SiO2，提高Fe3O4粒子的穩定性。

4.靜電自組裝改性：

靜電自組裝，又稱層層自組裝或逐層自組裝，是近年來出現的一種新型的粒子自組裝的方法，它為合成新型、穩定和功能化的核殼式微球提供了新的選擇，并且技術簡便易行，無須特殊裝置，通常以水為溶劑。因此，備受國內外研究學者的關注。

納米四氧化三鐵的應用：

當四氧化三鐵的尺寸降至納米量級時，由于納米粒子的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等的影響，使其具有不同于常規體相材料的特殊的磁性質。這也使其在工業、生物醫藥等領域有著特殊的應用。

1.生物醫藥：

性高分子微球（也稱免疫磁性微球）是一種由磁性納米顆粒和高分子骨架材料制備而成的生物醫用材料，其中的高分子材料包括聚苯乙烯、硅烷、聚乙烯、聚丙烯酸、淀粉、葡聚糖、明膠、白蛋白、乙基纖維素等，骨架材料主要是具有磁性的無機材料。而Fe3O4因具有物料性質穩定、與生物相容性較好、強度較高，且無毒副作用等特點，而被廣泛的應用于生物醫用的多個領域，如磁共振成像、磁分離、靶向**載體、**熱療技術、細胞標記和分離等.

2.磁性液體：

磁性液體是一種新型功能材料，它將是眾多的納米級的鐵磁性或亞鐵磁性微粒高度彌散于液態載液中而構成的一種高穩定的膠體溶液，微粒與載液通過表面活性劑混成的這種磁性液體即使在重力場、電場、磁場作用下也能長期穩定的存在，不產生沉淀與分離。目前，磁性流體已經廣泛應用于選礦技術、精密研磨、磁性液體阻尼裝置、磁性液體密封、磁性液體軸承、磁性液體印刷、磁性液體潤滑、磁性液體燃料、磁性液體染料、磁性液體速度傳感器和加速度傳感器、磁性液體變頻器、磁性液體陀螺儀、水下低頻聲波發生器、用于移位寄存器顯示等。

3.催化劑載體：

Fe3O4 顆粒在很多工業反應中被用作催化劑。由于Fe3O4納米微粒尺寸小，比表面積大，且納米顆粒表面粗糙，形成了凹凸不平的原子臺階，增加了化學反應的接觸面。同時，以 Fe3O4 顆粒為載體，催化劑成分覆在顆粒表面，制得核-殼結構的催化劑**粒子，既保持了催化劑高的催化性能，又使催化劑易于回收。因此，Fe3O4 顆粒被大量應用于催化劑載體研究中。

4.微波吸波材料：

納米微粒的量子尺寸效應等使它對某種波長的光吸收帶有藍移現象。納米微粒粉體對各種波長光的吸收有寬化現象。Fe3O4 磁性納米粉由于具有高的磁導率，可以作為鐵氧體吸波材料的一種，應用在微波吸收方面。

5.磁記錄材料：

納米 Fe3O4 磁性顆粒的另一個重要用途是用來做磁記錄材料。納米 Fe3O4 由于其尺寸小，其磁結構由多疇變為單疇，具有非常高的矯頑力，用來做磁記錄材料可以大大提高信噪比，改善圖像質量，而且可以達到信息記錄的高密度。為了達到較好的記錄效果，納米 Fe3O4 顆粒必須有較高的矯頑力和剩余磁化強度，尺寸較小、耐腐蝕、耐摩擦以及適應溫度的改變 。

6.磁性密封：

磁性液體又稱磁流體或鐵磁流體，具有可通過磁場控制其物理性能的特點，具有液態載體的流動性、潤滑性以及密封性。它是由納米級(10nm 以下) 的強磁性微粒高度彌散于某種液體中所形成的穩定的膠體體系。可用作機械密封的旋轉軸密封（動密封），利用磁性液體既是流體又是磁性材料的特點，可以把它吸附在永久磁鐵或電磁鐵的縫隙中，使兩個相對運動的物體得到密封。形成液體O型環，用于精密儀器、精密機械、氣體密封、真空密封、壓力密封等；動密封應用較廣，可實現零泄漏，具有密封液用量少、防震、無機械磨損、小磨擦、低功耗、無老化、自潤滑、壽命長、轉速適應范圍寬、結構簡單、對軸加工精度及光潔度要求不高、密封可靠等優點。

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zzj 2021.3.3