專利名稱：納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機功能復合材料及制備方法領域，特別涉及一種納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料及其制備方法。
背景技術：
輕質、低輻射率的復合材料是隱身材料研究的熱點和難點。納米包覆復合材料由于它具有結構多樣化、成分和性能可調，易加工復合等特點，可作為性能優(yōu)良的新型隱身材料。納米二氧化硅密度低、比表面積大、導熱系數(shù)小，是一種很好的輕質、隔熱、隔聲材料。在二氧化硅表面包覆紅外透明顏料的金屬復合結構來設計低發(fā)射率梯度顏料，為隱身涂層材料的組裝，新材料的開發(fā)研究提供了一個新穎的、廣闊復合調變空間。
在二氧化硅表面包覆銀、氧化鈷、氧化鋅、硫化鋅等制備復合顆粒已有較多報導。Langmuir，18，2001，3352報導了用聲化學沉積作用制備二氧化硅/銀復合顆粒。J.Mater.Res.，9，1994，436報導了用沉淀表面反應法成功制備出二氧化硅/堿式碳酸釔和堿式碳酸釔/二氧化硅復合顆粒。Chem.Mater.，11，1999，806報導用聲化學法成功制備了二氧化硅/硫化鋅復合顆粒。J.Colloid Interface Sci.，160，1993，288報導在異丙醇中通過水解四乙氧基硅烷包覆α型三氧化二鐵制備α型三氧化二鐵/二氧化硅復合顆粒。但是，至今還尚未見到有關在二氧化硅表面包覆納米四氧化三鐵制備納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒的報導。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是提供一種納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。
本發(fā)明的再一目的是提出一種采用表面化學沉淀法在反應過程中將四氧化三鐵納米晶復合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上，形成一種球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。
本發(fā)明的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料為球/殼形狀的復合顆粒材料，所述的被包覆基材球為球形納米二氧化硅，所述的殼包覆物質為四氧化三鐵納米晶；所述的均勻包覆殼層大約為5～40納米厚；復合顆粒的直徑為50～1500納米。
本發(fā)明的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料的制備方法，該方法步驟包括(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為0.5％～5％；(2).將二價鐵鹽和三價鐵鹽分別配制成適當濃度的水溶液，按二價鐵鹽∶三價鐵鹽的體積比為1∶0.5～2混合，并滴加到步驟(1)的懸浮液中，得到含有二價鐵鹽和三價鐵鹽的混合液，混合液中的二價鐵鹽和三價鐵鹽的初始摩爾濃度分別達到5×10-5mol/L～5.5×10-3mol/L和5×10-5mol/L～5.5×10-3mol/L；鐵鹽溶液的用量依據所需四氧化三鐵包覆層的厚度要求來確定；(3).將氫氧化鈉或氨水溶液滴加到步驟(2)含有二價鐵鹽和三價鐵鹽的混合液中，使溶液pH保持在8～10，同時在60～90℃條件下攪拌，反應0.5～2小時后，陳化0.5～2小時；將生成物洗滌、分離，在60～100℃干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料(復合顆粒材料的結構見附圖1)。
所述的二價鐵鹽是氯化亞鐵或硫酸亞鐵。
所述的三價鐵鹽是氯化鐵或硫酸鐵。
本發(fā)明采用化學沉淀法在反應過程中可將生成的四氧化三鐵納米晶復合組裝在二氧化硅顆粒表面上，形成大約5～40納米厚的四氧化三鐵均勻包覆層。納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料質量輕，具有強磁性和低輻射率的功能特性。
本發(fā)明的一種納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料制備方法簡便，成本低，產品純度高，可應用于制造透明顏料、隱身材料等領域。
圖1.本發(fā)明實施例4的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料的球/殼結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為0.5％；(2).將氯化亞鐵和氯化鐵分別配制成適當濃度的水溶液，按氯化亞鐵∶氯化鐵的體積比1∶1.5混合，并滴加到步驟(1)的懸浮液中，得到含有氯化亞鐵和氯化鐵的混合液，氯化亞鐵和氯化鐵的初始摩爾濃度分別達到5×10-5mol/L和7.5×10-5mol/L；(3).將一定濃度的氫氧化鈉水溶液滴加到步驟(2)含有氯化亞鐵和氯化鐵的混合液中，使溶液pH保持在8，同時在85℃條件下均速攪拌，反應1小時后，陳化0.5小時；將生成物洗滌、分離，在80℃干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。均勻包覆層大約為5～15納米厚；復合顆粒的直徑為50～60納米。
實施例2(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為1％；(2).將氯化亞鐵和氯化鐵分別配制成適當濃度的水溶液，按氯化亞鐵氯化鐵的體積比1∶2混合，并滴加到步驟(1)的懸浮液中，得到含有氯化亞鐵和氯化鐵的混合液，氯化亞鐵和氯化鐵的初始摩爾濃度分別達到1.0×10-3mol/L和2.0×10-3mol/L；(3).將一定濃度的氨水溶液滴加到步驟(2)含有氯化亞鐵和氯化鐵的混合液中，使溶液pH保持在9，同時在85℃條件下均速攪拌，反應1小時后，陳化0.5小時；將生成物洗滌、分離，在80℃干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。均勻包覆層大約為15～25納米厚；復合顆粒的直徑為285～295納米。
實施例3(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為2％；(2).將氯化亞鐵和氯化鐵分別配制成適當濃度的水溶液，按氯化亞鐵∶氯化鐵的體積比1∶1.7混合，并滴加到步驟(1)的懸浮液中，得到含有氯化亞鐵和氯化鐵的混合液，氯化亞鐵和氯化鐵的初始摩爾濃度分別達到1.0×10-3mol/L和1.7×10-3mol/L；(3).將一定濃度的氫氧化鈉水溶液滴加到步驟(2)含有氯化亞鐵和氯化鐵的混合液中，使溶液pH保持在9，同時在85℃條件下均速攪拌，反應1小時后，陳化0.5小時；將生成物洗滌、分離，在80℃干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。均勻包覆層大約為20～35納米厚；復合顆粒的直徑為520～535納米。
實施例4(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為5％；(2).將氯化亞鐵和氯化鐵分別配制成適當濃度的水溶液，按氯化亞鐵∶氯化鐵的體積比1∶2混合，并滴加到步驟(1)的懸浮液中，得到含有氯化亞鐵和氯化鐵的混合液，氯化亞鐵和氯化鐵的初始摩爾濃度分別達到2.75×10-3mol/L和5.5×10-3mol/L；(3).將一定濃度的氫氧化鈉水溶液滴加到步驟(2)含有氯化亞鐵和氯化鐵的混合液中，使溶液pH保持在10，同時在85℃條件下均速攪拌，反應1小時后，陳化0.5小時；將生成物洗滌、分離，在80℃干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。均勻包覆層大約為30～40納米厚；復合顆粒的直徑為1485～1500納米。
實施例5(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為2％；(2).將硫酸亞鐵和硫酸鐵配分別制成適當濃度的水溶液，按硫酸亞鐵∶硫酸鐵的體積比1∶0.5混合，并滴加到步驟(1)的懸浮液中，得到含有硫酸亞鐵和硫酸鐵的混合液，硫酸亞鐵和硫酸鐵的初始摩爾濃度分別達到2.0×10-3mol/L和1.0×10-3mol/L；(3).將一定濃度的氫氧化鈉水溶液緩慢滴加到步驟(2)含有硫酸亞鐵和硫酸鐵的混合液中，使溶液pH保持在9，同時在85℃條件下均速攪拌，反應1小時后，陳化0.5小時；將生成物洗滌、分離，在80℃干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。均勻包覆層大約為15～30納米厚；復合顆粒的直徑為245～260納米。
實施例6(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為0.5％；(2).將硫酸亞鐵和硫酸鐵分別配制成適當濃度的水溶液，按硫酸亞鐵∶硫酸鐵的體積比1∶1混合，并滴加到步驟(1)的懸浮液中，得到含有硫酸亞鐵和硫酸鐵的混合液，硫酸亞鐵和硫酸鐵的初始摩爾濃度分別達到5.5×10-5mol/L和5.5×10-5mol/L；(3).將一定濃度的氨水溶液滴加到步驟(2)含有硫酸亞鐵和硫酸鐵的混合溶液中，使溶液pH保持在8，同時在85℃條件下均速攪拌，反應1小時后，陳化0.5小時；將生成物洗滌、分離，在85℃干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。均勻包覆層大約為5～10納米厚；復合顆粒的直徑為250～255納米。
實施例7(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為5％；(2).將硫酸亞鐵和硫酸鐵配制成適當濃度的水溶液，按硫酸亞鐵∶硫酸鐵的體積比1∶0.9混合，并滴加到(1)步驟的懸浮液中，得到含有硫酸亞鐵和硫酸鐵的混合物，硫酸亞鐵和硫酸鐵的初始摩爾濃度分別達到2.5×10-3mol/L和2.3×10-3mol/L；(3).將一定濃度的氫氧化鈉水溶液滴加到步驟(2)含有硫酸亞鐵和硫酸鐵的混合物中，使溶液pH保持在9，同時在85℃條件下均速攪拌，反應1小時后，陳化0.5小時；將生成物洗滌、分離，在80℃干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。均勻包覆層大約為25～35納米厚；復合顆粒的直徑為275～285納米。
權利要求
1.一種納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料，其特征是該復合粒材料為球/殼形狀的復合顆粒材料，所述的被包覆基材球為球形納米二氧化硅，所述的殼包覆物質為四氧化三鐵納米晶；所述的均勻包覆殼層為5～40納米；復合顆粒的直徑為50～1500納米。
2.一種如權利要求1所述的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料的制備方法，其特征是該方法步驟包括(1).將納米二氧化硅顆粒分散到水溶液中，使懸浮液的重量百分比濃度為0.5％～5％；(2).將二價鐵鹽和三價鐵鹽分別配制成水溶液，按二價鐵鹽∶三價鐵鹽的體積比為1∶0.5～2混合，并滴加到步驟(1)的懸浮液中，得到含有二價鐵鹽和三價鐵鹽的混合液，混合液中的二價鐵鹽和三價鐵鹽的初始摩爾濃度分別達到5×10-5mol/L～5.5×10-3mol/L和5×10-5mol/L～5.5×10-3mol/L；(3).將氫氧化鈉或氨水溶液滴加到步驟(2)含有二價鐵鹽和三價鐵鹽的混合液中，使溶液pH保持在8～10，同時在60～90℃條件下攪拌，反應后陳化；將生成物洗滌、分離，干燥后得到球/殼形狀的納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料。
3.如權利要求2所述的方法，其特征是所述的二價鐵鹽是氯化亞鐵或硫酸亞鐵。
4.如權利要求2所述的方法，其特征是所述的三價鐵鹽是氯化鐵或硫酸鐵。
5.如權利要求2所述的方法，其特征是所述的殼包覆層為5～40納米。
6.如權利要求2所述的方法，其特征是所述的復合顆粒的直徑為50～1500納米。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機功能復合材料及制備方法領域，特別涉及一種納米二氧化硅/四氧化三鐵復合顆粒材料及其制備方法。采用化學沉淀法在反應過程中將生成的四氧化三鐵納米晶復合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上，形成一種球/殼形狀的復合顆粒材料。本發(fā)明的特點在于通過納米四氧化三鐵包覆二氧化硅，將納米二氧化硅和四氧化三鐵的特性復合在一起，使其具有質輕、磁性、低輻射率的功能化特征，可應用于制造透明顏料、隱身材料等領域。
文檔編號C09C1/28GK1506407SQ0215520
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權日2002年12月6日
發(fā)明者唐芳瓊, 任俊 申請人:中國科學院理化技術研究所