用核/壳结构的氧化铁－有机复合颗粒制备氧化铁中空颗粒的方法

                         发明领域

本发明属于用复合颗粒制备无机中空微球颗粒的技术领域，特别涉及用核/壳结构的磁性氧化铁-有机复合颗粒制备磁性氧化铁中空颗粒的方法。

                         背景技术

近来，人们在致力于具有特殊功能纳米结构材料的设计和研究方面取得了很大的进展，纳米材料的价值在于它具有光、电、磁、力学、化学等性质，这些性质是由于纳米材料的尺寸、组成的有序结构决定的。磁性纳米材料由于其特有的磁性质，首先被用于生物领域，如分离基因的生化药物和磁性引导治疗药物；现在也被大量用于信息储存材料。因此磁性纳米复合材料已经广泛在通讯工程、制药、生物等领域中应用。一般是以亚微米球为核心，纳米晶体作为壳层包覆在球外，以此组成复合亚微米球。近十年来，形貌、尺寸、结构可随意控制的壳/核磁性纳米材料已开始应用在电子通讯、催化、生物分离、医学图象诊断、磁致冷和磁流体等领域。

目前只有以Frank Caruso等人在《化学材料》(2001年13卷109页)和《科学》(1998年282卷1111页)上用层-层包覆法(请参见Frank Caruso，Marina Spasova，Andrei Susha.Chem.Mater.200 1，13，109-116.and Caruso，F.；Caruso，R.A.；Mohwald，H.Science 1998，282，1111)，得到的复合磁性球再经过烧结可以得到磁性中空球。但该方法由于采用了聚合物电解质的层层吸附，使得烧结后球壳体疏松而无法得到致密完整的磁性中空球；而且烦琐的制备工艺使得该技术在实际中无法得到广泛而有效的应用。

                         发明内容

本发明的目的之一在于提供制备工艺方法简单的用壳/核结构的氧化铁-有机复合颗粒制备氧化铁中空微球颗粒的方法，并可有效控制中空球壁的厚度。

本发明的另一目的在于提供用壳/核结构的磁性氧化铁-有机复合颗粒制备磁性氧化铁中空微球颗粒的方法，并可有效控制中空球壁的厚度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明是采用缓慢升温方法和无氧条件下将大小均匀的复合颗粒中有机核烧结掉，同时壳层的氧化铁颗粒被烧结融合，从而得到完整的氧化铁中空微球颗粒或磁性氧化铁中空微球颗粒。采用不同的复合球壳层厚度可以有效控制中空颗粒的壁厚。

本发明的用壳/核结构的氧化铁-有机复合颗粒制备氧化铁中空微球颗粒的方法为：

将具有壳/核结构的氧化铁-有机复合微球颗粒加入到瓷坩埚中，并将此瓷坩埚放入密闭烧结炉中，然后通入高纯度惰性保护气体，排除炉中的氧气后缓慢升至烧结温度，并在此温度下保持3～5小时；之后再缓慢冷却至室温，得到由纳米氧化铁组成的中空微球颗粒。

本发明的用核/壳结构的磁性氧化铁-有机复合颗粒制备磁性氧化铁中空微球颗粒的方法为：

将具有核/壳结构的磁性氧化铁晶体-有机复合亚微米微球颗粒加入到瓷坩埚中，并将此瓷坩埚放入密闭烧结炉中，然后通入高纯度惰性保护气体，排除炉中的氧气后缓慢升至烧结温度，并在此温度下保持3～5小时；之后再缓慢冷却至室温，得到由纳米磁性氧化铁组成的中空微球颗粒。

所述的核/壳结构的氧化铁或磁性氧化铁晶体-有机复合亚微米微球颗粒的粒径为120～500纳米；优选粒径为200～300纳米。

所述的有机复合亚微米微球颗粒是聚苯乙烯亚微米微球颗粒，其粒径为100～400纳米，优选为100～260纳米。

上述原料复合颗粒已在中国发明专利申请号013109800.2，“用纳米磁性氧化铁颗粒包覆有机微球制备复合亚微米磁性颗粒的方法”中有详细的公开。在复合颗粒中，核部分是由有机聚合物微球，壳部分是由纳米氧化铁或纳米磁性纳米氧化铁组成。

所述的烧结温度为320～780℃。

所述的惰性气体是氮气、氩气或氦气。

所述的由粒径为10～70纳米氧化铁组成的中空微球颗粒的粒径为120～500纳米。

所述的由粒径为10～70纳米磁性氧化铁组成的中空微球颗粒的粒径为120～500纳米。

所述的烧结时的升温速度为5～20℃/分钟。

所述的烧结时的降温速度为5～20℃/分钟。

所述的中空微球颗粒的壁厚为10～100纳米。

所述的纳米磁性氧化铁晶体颗粒的粒径为10～70纳米；优选纳米晶体颗粒的粒径为30～50纳米。

本发明所使用的原料和制备方法过程均对环境没有不良影响，本发明的方法省时高效，简单易行，易于推广应用，并可有效控制中空微球颗粒包覆层的厚度。

本发明的中空微球颗粒用途广泛，是高功能磁流体、磁制冷、信息储存及生物分离和催化材料的基本原料，也可应用于催化剂材料、高性能搅拌密封、生物制药和磁导电浆料等领域。

本发明的方法不仅能耗低，产品纯度高，分散性好，且聚合物微球表面磁颗粒的包覆状态可通过改变反应条件加以控制。

采用本发明的方法得到多种包覆状态的聚合物微球/磁粒复合材料，如附图1和附图2所示。

                         附图说明

图1.本发明的实施例2的磁性氧化铁中空微球颗粒电镜照片。

图2.本发明的实施例3的磁性氧化铁中空微球颗粒电镜照片。