磁场诱导水热合成法制备纳米材料

磁场诱导水热合成法报告：李牣组员：李军雷、岳国强、顾晓红、陈梅2007年12月27日主要内容水热法简介磁场诱导磁性金属纳米粒子线型组装磁场诱导铁氧体纳米材料的取向生长水热法基本原理

使用特殊设计的装置，人为地创造一个高温高压环境，由于高温高压下水的解离常数增大、黏度大大降低、水分子和离子的活动性增加，可使那些在通常条件下不溶或难溶于水的物质溶解度、水解程度极大提高，从而快速反应合成新的产物。水热结晶：溶解———再结晶机理

首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生)将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区)形成过饱和溶液,继而结晶。水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低。用水热法制备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。影响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间等。

水热法装置图密封结构釜体压力、温度无机分子（反应物）溶剂合成添加剂晶核、产物磁场诱导钴纳米晶的组装HNNiu,etalJ.Mater.Chem.,2003,13,1–5磁场诱导磁性金属纳米粒子线型组装工艺流程Co(CH3CO2)24H2O·C2H5OHMixedatroomtemperatureMixedsolutionAH2NCH2CH2NH2wasaddeddropwiseMixedsolutionBAbrownsolutionof[Co(en)3]2+80wt%[H4N2·H2O]

Teflon-linedstainlesssteelautoclavesvigorousstirringfor10minutesTHECHEMICALREACTIONFORTHESYNTHESISOFCOBALTNANOCRYSTALLITES

低温还原过程获得纯的Co纳米晶体粒径大约10-30nm,这些钴纳米晶体积聚形成直径大约13μm的球形粒子以降低表面能。XRDPATTERNSOFCOBALTNANOCRYSTALLITESPREPAREDAT110℃FOR36HOURSWITHA0.25TMAGNETICFIELD(A),ANDWITHOUTMAGNETICFIELD(B).

a)SEMmicrographsofCowiresobtainedat110℃for36hoursundera0.25Texternalmagneticfield,b)highermagnificationofa),andc)HRTEMimageofaparticleinthewire,showingthattheparticleissinglecrystalline.ThemagnifiedSEMimageshowsnearlyparallelwires,HRTEMsuggeststhatthewireiscomposedofConanocrystallites.

SEMmicrographsofproductspreparedat110℃for24hoursa,b)withoutandc)witha0.25Texternalmagneticfield.b)isthemagnifiedimageofa).在无外磁场的情况下，球形粒子在任意方向上通过偶极作用堆积在一起，故没有明显的取向排列。

SEMimagesofcobaltformedundera0.25Tmagneticfieldfora)12h,b)24h,respectively.c)Anenlargementoftheboxedregioninb)isshowninc),showingsphericalparticlesself-assemblytoformalinearchain.d)Magnifiedimageofc),showingtheconnectionofsphericalparticlesinawire.

●纳米级钴单晶颗粒团聚成粒径约13微米的球形多晶颗粒。

●微米多晶球沿着磁场方向有序堆积形成球形的链。●球形的链向光滑的线过渡。●在外加磁场诱导下，球形颗粒有序堆积最终形成几乎平行的的线阵列。●微米多晶球在无外磁场的作用下无序堆积。●无外加磁场作用的条件下，小球杂乱堆积，无特定形貌

●通过偶极的诱导形成的鼓状的链结构在0.25T外磁场诱导下，球形粒子沿着外磁场方向通过相互偶极定向自组装，形成线状阵列结构。Thehysteresisloopsmeasuredatroomtemperatureforproducesobtainedwith(A)andwithout(B)externalmagneticfield。

磁化强度和矫顽力都要明显高于没加外磁场所获得的产物。这可能与钴纳米粒子在外磁场诱导下呈线形排列，形成永久的磁极有关。磁场诱导针形镍纳米晶的一维组装H.L.Niu,etalJ.Phys.Chem.B

2004，108工艺流程Ni(CH3CO2)2PEGCTABdistilledwatermixedinaflaskatroomtemperatureMixedsolutionAAgrass-greencolorsolutionStronglystirringforhalfanhourAhalf-hourultrasoundtreatmentNi2+ionsdispersedhomogeneously5mLof80wt%hydrazinehydratesolutionwasaddeddropwiseMixedsolutionBStronglystirringforseveralminutesNi[N2H4]6THECHEMICALREACTIONFORTHESYNTHESISOFNICKELNANOCRYSTALLITESXRDpatternofnickelnanocrystallitespreparedwitha0.25Tmagneticfieldapplied.SEMmicrographsofproductspreparedat70℃for3hourswithouta)andwitha0.25Tmagneticfieldappliedb).通过低温水热方法形成针形镍纳米晶，针形镍纳米晶自组装形成直径约200纳米的多晶镍纳米线。RepresentativeTEMimagesoftwosamplesobtaineda)withoutandb)witha0.25Texternalmagneticfieldapplied.a1)Insetina)showsanimageofasamplepost-synthesismagneticalignmentofZFsampleundera0.25Tmagneticfield.c)Amagnifiedimageofawirewithinb),ofwhichc1andc2aretwoSAEDpatternstakenonthesurfaceofawireandanacicularnanocrystallite,respectively,andc3isitsHRTEMimage.外磁场诱导下形成的线为直线，无外磁场诱导下形成曲线。SketchofidealprocessofassemblyofacicularNiparticlesinducedbyanexternalmagneticfield.外磁场使针形镍纳米晶沿着易磁化轴[111]方向一维自组装。易磁化轴[111]方向与多晶线的长轴方向是一致的。Thehysteresisloopsmeasuredatroomtemperatureforthreesamplesobtaineda)witha0.25Tandb)withoutanexternalmagneticfieldapplied,c)thehysteresisloop(lineofdashes)ofthenanorodspost-synthesismagneticalignmentundera0.25Tmagneticfield.

在外磁场诱导下形成的镍多晶线的饱和磁化强度比无外磁场诱导下形成的镍多晶线的饱和磁化强度大。磁场诱导合成Fe3O4纳米线

JunWangetal.AdvancedMaterials2004,16,No.2工艺流程FeCl2·H2ONaOHH4N2·H2ODistilledwater,degassedwithN2for0.5hAnaqueoussolutionofFe2+ionsN2H4·H2OdissolvedwithsodiumhydroxieddroppedslowlyMixedsolutionPutitintoaTeflon-linedstainlessautoclaveKeepedat130℃for6h,thenCooledtoroomtempreturenaturallyTheproductN2H4.H2O＋FeCl2的水热氧化法Fe2++N2H4

Fe3++NH3Fe2++Fe3++OH-Fe3O4XRDpatternofthesamplepreparedundertheinductionofa0.25Tmagneticfield

TEMimagesforthesampleswereobtainedinzeromagneticfield(A),0.25T(B),0.35T(C)magneticfield,respectively0.25T:Diameter：35~100nm,length：0.48~2.7µm0.35T:diameter:～20nm,length:～0.8µmRepresentativeTEMimageofatypicalFe3O4nanowire(A),insetin(A)showsanEDpatternoftheindividualFe3O4

nanowire.HRTEMimageofthenanowires电子衍射图和高分辨电镜照片可以看出该Fe3O4

纳米线是单晶。Fe3O4

纳米线晶格条纹间距约为0.48nm，与（111）晶面间距相吻合。确定该纳米线是沿[110]方向生长。Fe3O4纳米线的生长机理

N2H4.H2O能将Fe2+缓慢氧化为Fe3+,Fe3+与Fe2+在碱性的条件下，以2：1的比例沉淀形成Fe3O4；同时，在磁性诱导作用下沿着[110]方向定向生长成Fe3O4纳米线。由于磁铁的磁场强度有限，同时，Fe3+与Fe2+生成Fe3O4较快，造成Fe3O4纳米线与颗粒同时存在。增加磁场强度达0.35T，有更多的纳米线生成。说明磁场诱导对磁性物质的形貌产生很大的影响。Magnetichysteresiscurvesmeasuredatroomtemperatureforthesamplespreparedbyahydrotherma