[发明专利]单分散的超顺磁纳米晶簇胶体核壳复合粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性纳米材料制备领域，特别是涉及一种单分散的超顺磁四氧化三铁/聚乙烯吡咯烷酮纳米晶簇胶体核壳复合粒子及其制备方法。

背景技术

磁响应性光子晶体是指材料的颜色能够通过外加磁场强度的变化来控制的一种响应性光子晶体材料。在传感、显示技术、反射镜、节能等民用领域有着相当广泛的用途。目前以四氧化三铁亚微米球为基元的磁响应性光子晶体的研究取得了重大进展。美国《先进材料》杂志（Adv.Mater.2001年，第13卷，1681页）报道了一种含有17%铁氧体的超顺磁的PS胶体微球，但是胶体基元中磁性组分的含量太低，所以粒子间距可调范围较小不能实现全光谱变色。德国《应用化学》杂志（Angew.Chem.Int.Edit.2007年，第46卷，7428页）报道了聚丙烯酸包覆的由四氧化三铁纳米晶组成的超顺磁二次聚集体，当分散于水溶液中时，在外加磁场的作用下，能够排列成一维纳米结构衍射可见光，且能实现全光谱变色（450nm-730nm）。但是只能在水溶液中显色，限制了磁性光子晶体的应用范围，如何在极性较弱的非水性溶剂中产生较强的排斥力成为了拓宽磁性光子晶体应用范围的一个障碍。美国《先进材料》杂志（Adv.Mater.2009年，第21卷，4259页）报道了一种二氧化硅包覆的四氧化三铁亚微米球，依靠二氧化硅和烷醇的亲和性使其能够在烷醇类(甲醇，乙醇，乙二醇，甘油等)溶剂中分散，并且能够依靠二氧化硅所带的表面电荷从这种亚微米球在外加磁场的作用下能够在烷醇溶剂中变色。但是以上所报道的所有方法都是依靠静电斥力作为长程排斥力来构筑光子晶体，而静电斥力是一种极易受溶剂极性，离子强度和pH值影响的作用力。这也就限制了现有的磁性光子晶体只能与亲水性的非离子型树脂相结合来制备光学器件，且在合成过程和存放过程中极易受到外部环境的影响（比如离子强度和pH值的改变）而使其性能弱化，大大限制了现有光子晶体材料的应用范围提高其长期稳定性。本发明针对以上的问题，制备了以聚乙烯吡咯烷酮聚合物层来产生空间位阻排斥力代替静电斥力来平衡外加磁场的磁性纳米粒子。使得该粒子在不同极性的溶剂中都能较好分散且在外加磁场作用下有较宽的变色范围，且其变色范围不受溶液中离子强度以及pH值的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有磁性光子晶体依靠静电斥力作为长程排斥力，从而排斥力的作用距离随溶剂的极性降低而显著下降且极易受到离子强度和pH值的影响的缺点，提供一种空间位阻稳定的超顺磁胶体粒子的制备方法来解决上述问题。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的单分散的超顺磁纳米晶簇胶体核壳复合粒子，是一种由四氧化三铁纳米晶聚集而成的单分散超顺磁纳米晶簇粒子，该粒子表面被聚乙烯吡咯烷酮包覆。

本发明提供的单分散的超顺磁纳米晶簇胶体核壳复合粒子，其制备方法是采用包括以下步骤的方法：

（1）将多羟基化合物和聚乙烯吡咯烷酮加入多元醇中配制成均匀的混合溶液，所述的多羟基化合物、聚乙烯吡咯烷酮的浓度分别为(0.33～13.3)g/L、(16.7～400)g/L；

（2）将三价铁盐加入混合溶液中，搅拌至完全溶解，溶液中三价铁离子浓度为（1.12～8.6）g/L，调节pH值至8.0-10.0；

（3）将步骤（2）的溶液放入聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，密闭加热至180-240℃，并保温6-48小时即可，得到单分散的超顺磁四氧化三铁/聚乙烯吡咯烷酮纳米晶簇胶体核壳复合粒子。

所述的多羟基化合物可以是葡萄糖、单宁酸、没食子酸中的一种或混合物。

所述的多羟基化合物可以是葡萄糖、单宁酸、没食子酸的衍生物。

所述的多元醇可以是乙二醇或二缩乙二醇。

所述的三价铁盐可以是水合三氯化铁、三氯化铁、硫酸铁、水合硫酸铁中的一种，或混合物。

本发明可以用醋酸钠、醋酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或混合物，调节步骤（2）所述的pH值。

本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：

其一，以空间位阻型排斥力代替静电斥力来构筑磁响应性光子晶体。本发明主要是通过采用多羟基化合物（如：葡萄糖、单宁酸或没食子酸或它们的混合物；）作为一次纳米晶抑制剂，聚乙烯吡咯烷酮作为纳米晶簇的分散剂。

其二，本发明所制备的产物具有高度的化学与胶体稳定性。依靠表面的聚乙烯吡咯烷酮空间位阻层，提高了磁性粒子在各种溶剂（水，二甲基亚砜，二甲基甲酰胺，乙酸，烷醇，二氯甲烷等）中的分散稳定性。