專利名稱：一種魔芋基質的磁性材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種磁性材料的制備方法，屬于功能無機材料領域，也屬于納米科學
技術領域。
背景技術：
魔芋，別名筠篛、筠芋、麻芋子，屬天南星科多年生草本植物。全世界已知的 有130種，其中，我國是世界上最主要的魔芋生產國之一。魔芋屬的一些種類塊莖富含 魔芋多糖，尤其是白魔芋、花魔芋品種含量高達50-65%。魔芋多糖又稱魔芋葡甘聚糖 (konjacglucomannan，簡稱KGM)，是由眾多的甘露糖和葡萄糖，以P _1，4-糖苷鍵連接起來 的線性高分子化合物，葡萄糖和甘露糖的分子比為l : 1.5-1. 7，分子量可高達106道爾頓， 黏度特高，溶于水，在水中膨脹度特大，具有特定的生物活性。由于魔芋葡甘聚糖具有水溶、 持水增稠、穩定、懸浮、膠凝、粘接、成膜等多種獨特的理化性質而使它具有廣泛的應用和開 發價值，魔芋獨特的物理化學特性，尤其是其獨特的成膜性和流變學特性使得它在模板法 合成納米材料及合成具有獨特功能的膜材料領域具有一定應用潛力。 FeNi合金磁性納米材料因具有高飽和磁化強度、高居里溫度、低矯頑力、高磁導率 和低磁各向異性常數等獨特的軟磁材料性能從而倍受人們的關注。以魔芋為基質合成FeNi 磁性納米粒子或磁流體，魔芋獨特的結構和化學物理特性在控制納米粒子形貌上具有重要 研究價值，目前，對于以魔芋為模板合成納米材料的研究較少。

發明內容
本發明的目的在于提供一種魔芋基質的磁性材料的制備方法，該制備方法安全、 簡單。 為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種魔芋基質的磁性材料的制備方法， 其特征在于它包括如下步驟 i)FeNi磁性納米粒子的制備按亞鐵鹽和鎳鹽魔芋水強還原劑的配比=
2 20mmo1 : 0. 05 1. Og : 50mL : 1. Og 21. Og，其中亞鐵鹽占亞鐵鹽和鎳鹽總摩爾
數的摩爾百分比為10% 90% ;選取亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋、水和強還原劑； 將亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋和水混合攪拌分散20 60分鐘，于25 9(TC加強還原劑在
堿性條件下(pH值9 13)攪拌反應5 60分鐘，冷至室溫，分別用水、無水乙醇進行磁選
分離清洗，室溫下真空干燥，得到以魔芋為模板合成的FeNi磁性納米粒子； 2)將FeNi磁性納米粒子和魔芋加入到水中，得到混合液；混合液中FeNi磁性納
米粒子的質量濃度為0. 3 3. Owt^，混合液中魔芋的質量濃度為5. 0 25. Owt^;將混合
液于40 9(TC攪拌30 120分鐘，冷至室溫后倒入模具，轉入烘箱中在25 9(TC條件下
干燥6 24小時，得到一種魔芋基質的磁性材料。 所述的亞鐵鹽為FeCl2、 FeS04、 Fe (N03) 2、 FeCl2的含水化合物、FeS04的含水化合物 或Fe(NO^的含水化合物。
所述的鎳鹽為NiCl2、NiS04、Ni (N03)2、NiCl2的含水化合物、NiS04的含水化合物或 Ni (N03)2的含水化合物。 所述攪拌的攪拌速度為100 1000轉/分鐘。 所述強還原劑為水合肼、硼氫化鈉或次亞磷酸鈉等。 堿性條件為用堿調節pH值為9 13。堿為NaOH或KOH等。 本發明的有益效果是魔芋作為一種線性高分子聚多糖，其結構特點和物理化學 特性決定其為一種理想的模板劑，以魔芋為模板合成納米材料可解決納米顆粒尺寸、形貌 可控和分散穩定等問題；同時，以魔芋為基質，合成出一種魔芋基質的FeNi磁性材料，這種 材料由于魔芋的存在可形成穩定的磁流體。所合成魔芋基質磁流體(即以魔芋為模板合成 的FeNi磁性納米粒子)分散穩定，不易沉降，通過清洗后所得的FeNi磁性納米材料大多為 球形納米粒子，粒徑大小約50 lOOnm，分散良好，FeNi磁性納米粒子飽和磁化強度高，矯 頑力較小，體現出了良好的軟磁材料特性；所合成的魔芋基質的磁性膜材料，表面為片狀結 構，且其具有磁性。本發明制備工藝安全、簡單有效、符合環保要求。 所合成的魔芋基質的磁性材料可望廣泛應用于磁流體、電磁屏蔽、磁催化、磁記 錄、巨磁電阻材料以及生物醫學等領域。


圖1為實施例1所得到的FeNi磁性納米粒子的FESEM圖。 圖2為實施例1所得到的FeNi磁性納米粒子的磁滯回線圖，即磁飽和強度(M)-磁 化強度(H)曲線圖。 圖3為實施例12所得到的FeNi磁性納米粒子的FESEM圖。 圖4為實施例13所得到的FeNi磁性納米粒子的FESEM圖。 圖5為實施例1所得到的魔芋基質的磁性膜材料的FESEM圖。 圖6為實施例1所得到的魔芋基質的磁性膜材料的FESEM圖。 圖7為實施例1所得到的魔芋基質的磁性膜材料的磁滯回線圖，即磁飽和強度
(M)-磁化強度(H)曲線圖。 圖8為實施例2所得到的魔芋基質的磁性膜材料的FESEM圖。
圖9為實施例3所得到的魔芋基質的磁性膜材料的FESEM圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的 內容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1 : —種魔芋基質的磁性材料的制備方法，它包括如下步驟 1)取總摩爾數為5mmo1的亞鐵鹽和鎳鹽，其中亞鐵鹽占亞鐵鹽和鎳鹽總摩爾數的 摩爾百分比為20% (即亞鐵鹽的摩爾數為lmmol)，所述的亞鐵鹽為FeS(V所述的鎳鹽為 NiCl2 ;魔芋0. 3g，水50mL，水合肼20mL(即20. 6g); 將亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋和水混合攪拌分散30分鐘，于8(TC加水合肼(強還原劑)在 堿性條件下(用NaOH調pH至10)攪拌反應30分鐘，冷至室溫，分別用水、無水乙醇進行磁選分離清洗各3次，室溫下真空干燥，得到以魔芋為模板合成的FeNi磁性納米粒子。
圖1示出了該實施例合成的FeNi磁性納米粒子的FESEM圖，圖1中可見產物形貌 主要為球形，粒徑約50nm，大小均一，分散良好。圖2示出了該實施例合成的FeNi磁性納 米材料的磁滯回線圖，圖2中可見其飽和磁化強度(Ms)為70. 09emu/g，剩磁強度(Mr)為 17. 58emu/g，矯頑力(He)為222. 510e，飽和磁化強度高，矯頑力較小，體現出了軟磁材料特 性。 2)將FeNi磁性納米粒子和魔芋加入到水中{注此步驟的魔芋為重新選取的量， 不占步驟1)中的魔芋量；以下相同}，得到混合液；混合液中FeNi磁性納米粒子的質量濃 度為0. 7wt% (即100g混合液中，FeNi磁性納米粒子占0. 7g ;以下類似)，混合液中魔芋的 質量濃度為10. Owt% (即lOOg混合液中，魔芋占10. Og ;以下類似)；將混合液于8(TC攪拌 60分鐘，冷至室溫后倒入模具，轉入烘箱中在8(TC條件下干燥10小時，得到一種魔芋基質 的磁性材料。 所述攪拌的攪拌速度為100 1000轉/分鐘。 圖5和圖6示出了該實施例合成的魔芋基質的磁性膜材料的FESEM圖，圖中可見 產物形貌表面為片狀結構，片狀膜整體較為平滑，表面含小突起結構。圖7示出了該實施例 合成的魔芋基質的磁性膜材料的磁滯回線圖，圖7中可見其飽和磁化強度(Ms)為1. 63emu/ g，剩磁強度(Mr)為0. 51emu/g，矯頑力(He)為235. 820e。
實施例2 : —種魔芋基質的磁性材料的制備方法，它包括如下步驟
步驟l)與實施例l相同。 2)將FeNi磁性納米粒子和魔芋加入到水中，得到混合液；混合液中FeNi磁性納 米粒子的質量濃度為0. 7wt^，混合液中魔芋的質量濃度為12. 5wt% ;將混合液于8(TC攪 拌60分鐘，冷至室溫后倒入模具，轉入烘箱中在8(TC條件下干燥10小時，得到一種魔芋基 質的磁性材料。 圖8示出了該實施例合成的魔芋基質的磁性膜材料的FESEM圖，圖8中可見產物
表面整體平滑，含少量小突起結構，且有大量30nm左右的孔狀結構分布其中。 實施例3 : —種魔芋基質的磁性材料的制備方法，它包括如下步驟
步驟l)與實施例l相同。 2)將FeNi磁性納米粒子和魔芋加入到水中，得到混合液；混合液中FeNi磁性納 米粒子的質量濃度為0. 7wt^，混合液中魔芋的質量濃度為15wt% ;將混合液于8(TC攪拌 60分鐘，冷至室溫后倒入模具，轉入烘箱中在8(TC條件下干燥10小時，得到一種魔芋基質 的磁性材料。 圖9示出了該實施例合成的魔芋基質的磁性膜材料的FESEM圖，圖9中可見產物
表面不平整，呈凹凸狀。 實施例4 : 與實施例1基本相同，不同之處在于用NiS04代替NiCl2。
實施例5 : 與實施例1基本相同，不同之處在于用Ni(N0么代替NiCl2。
實施例6 : 與實施例1基本相同，不同之處在于用NiCl2的含水化合物(NiCl2 6H20)代替NiCl2。
實施例7 : 與實施例1基本相同，不同之處在于用NiS04的含水化合物(NiS04 6H20)代替NiCl2。
實施例8 : 與實施例1基本相同，不同之處在于用Fe(N03)2代替FeS04。
實施例9 : 與實施例l基本相同，不同之處在于用Fe(N0》2代替FeS04，用NiS04代替NiCl2。
實施例10 : 與實施例l基本相同，不同之處在于用FeCl2代替FeS04，用Ni(N0》2代替NiCl2。
實施例11 : 與實施例1基本相同，不同之處在于用Fe (N03)2的含水化合物(Fe (N03)2 6H20)
代替FeS(V 實施例12 : —種魔芋基質的磁性材料的制備方法，它包括如下步驟 1)取總摩爾數為5mmo1的亞鐵鹽和鎳鹽，其中亞鐵鹽占亞鐵鹽和鎳鹽總摩爾數的摩爾百分比為20% ，所述的亞鐵鹽為FeS04，所述的鎳鹽為NiCl2 ;魔芋0. lg，水50mL，水合肼20mL(即20. 6g); 將亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋和水混合攪拌分散30分鐘，于8(TC加水合肼(強還原劑)在堿性條件下(用NaOH調pH至10)攪拌反應30分鐘，冷至室溫，分別用水、無水乙醇進行磁選分離清洗各3次，室溫下真空干燥，得到以魔芋為模板合成的FeNi磁性納米粒子。
圖3示出了該實施例合成的FeNi磁性納米材料的FESEM圖，圖中可見產物粒徑約100nm，納米粒子之間有部分團聚現象。
步驟2)與實施例1相同。
實施例13 : —種魔芋基質的磁性材料的制備方法，它包括如下步驟 1)取總摩爾數為5mmo1的亞鐵鹽和鎳鹽，其中亞鐵鹽占亞鐵鹽和鎳鹽總摩爾數的摩爾百分比為10% ，所述的亞鐵鹽為FeS04，所述的鎳鹽為NiCl2 ;魔芋0. 5g，水50mL，水合肼20mL(即20. 6g); 將亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋和水混合攪拌分散30分鐘，于8(TC加水合肼(強還原劑)在堿性條件下(用NaOH調pH至10)攪拌反應30分鐘，冷至室溫，分別用水、無水乙醇進行磁選分離清洗各3次，室溫下真空干燥，得到以魔芋為模板合成的FeNi磁性納米粒子。
圖4示出了該實施例合成的FeNi磁性納米材料的FESEM圖，圖中可見產物形貌近似為球形，粒徑約為50 lOOnm，分散良好。
步驟2)與實施例1相同。
實施例14 : —種魔芋基質的磁性材料的制備方法，它包括如下步驟
1)取總摩爾數為2mmo1的亞鐵鹽和鎳鹽，其中亞鐵鹽占亞鐵鹽和鎳鹽總摩爾數的摩爾百分比為90%，所述的亞鐵鹽為FeS(V所述的鎳鹽為NiCl2 ;魔芋0. 05g，水50mL，硼氫化鈉1. Og ; 將亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋和水混合攪拌分散20分鐘，于25t:加硼氫化鈉(強還原劑)在堿性條件下(用NaOH調pH至9)攪拌反應5分鐘，冷至室溫，分別用水、無水乙醇進行磁選分離清洗各3次，室溫下真空干燥，得到以魔芋為模板合成的FeNi磁性納米粒子。
2)將FeNi磁性納米粒子和魔芋加入到水中，得到混合液；混合液中FeNi磁性納米粒子的質量濃度為0. 3wt^，混合液中魔芋的質量濃度為5. Owt% ;將混合液于4(TC攪拌30分鐘，冷至室溫后倒入模具，轉入烘箱中在25t:條件下干燥6小時，得到一種魔芋基質的磁性材料。
實施例15 : —種魔芋基質的磁性材料的制備方法，它包括如下步驟 1)取總摩爾數為20mmo1的亞鐵鹽和鎳鹽，其中亞鐵鹽占亞鐵鹽和鎳鹽總摩爾數的摩爾百分比為10% ，所述的亞鐵鹽為FeS04，所述的鎳鹽為NiCl2 ;魔芋1. 0g，水50mL，次亞磷酸鈉1. 0g ; 將亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋和水混合攪拌分散60分鐘，于9(TC加次亞磷酸鈉(強還原劑)在堿性條件下(用NaOH調pH至13)攪拌反應5 60分鐘，冷至室溫，分別用水、無水乙醇進行磁選分離清洗，室溫下真空干燥，得到以魔芋為模板合成的FeNi磁性納米粒子；
2)將FeNi磁性納米粒子和魔芋加入到水中，得到混合液；混合液中FeNi磁性納米粒子的質量濃度為3. Owt^，混合液中魔芋的質量濃度為25. Owt% ;將混合液于9(TC攪拌120分鐘，冷至室溫后倒入模具，轉入烘箱中在9(TC條件下干燥24小時，得到一種魔芋基質的磁性材料。 本發明所列舉的各原料都能實現本發明，各原料的上下限取值以及其區間值都能實現本發明，在此不一一列舉實施例；本發明工藝參數(如溫度、時間等)的上下限取值以及其區間值都能實現本發明，在此不一一列舉實施例。
權利要求
一種魔芋基質的磁性材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)FeNi磁性納米粒子的制備按亞鐵鹽和鎳鹽∶魔芋∶水∶強還原劑的配比＝2～20mmol∶0.05～1.0g∶50mL∶1.0g～21.0g，其中亞鐵鹽占亞鐵鹽和鎳鹽總摩爾數的摩爾百分比為10％～90％；選取亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋、水和強還原劑；將亞鐵鹽、鎳鹽、魔芋和水混合攪拌分散20～60分鐘，于25～90℃加強還原劑在堿性條件下攪拌反應5～60分鐘，冷至室溫，分別用水、無水乙醇進行磁選分離清洗，室溫下真空干燥，得到以魔芋為模板合成的FeNi磁性納米粒子；2)將FeNi磁性納米粒子和魔芋加入到水中，得到混合液；混合液中FeNi磁性納米粒子的質量濃度為0.3～3.0wt％，混合液中魔芋的質量濃度為5.0～25.0wt％；將混合液于40～90℃攪拌30～120分鐘，冷至室溫后倒入模具，轉入烘箱中在25～90℃條件下干燥6～24小時，得到一種魔芋基質的磁性材料。
2. 根據權利要求1所述的一種魔芋基質的磁性材料的制備方法，其特征在于所述的 亞鐵鹽為FeCl2、 FeS04、 Fe (N03) 2、 FeCl2的含水化合物、FeS04的含水化合物或Fe (N03) 2的含 水化合物。
3. 根據權利要求1所述的一種魔芋基質的磁性材料的制備方法，其特征在于所述的 鎳鹽為NiCl2、NiS04、Ni (N03)2、NiCl2的含水化合物、NiS04的含水化合物或Ni (N03)2的含水 化合物。
4. 根據權利要求1所述的一種魔芋基質的磁性材料的制備方法，其特征在于所述攪 拌的攪拌速度為100 1000轉/分鐘。
5. 根據權利要求1所述的一種魔芋基質的磁性材料的制備方法，其特征在于所述強 還原劑為水合肼、硼氫化鈉或次亞磷酸鈉。
6. 根據權利要求1所述的一種魔芋基質的磁性材料的制備方法，其特征在于堿性條 件為用堿調節pH值為9 13。
全文摘要
本發明涉及一種磁性材料的制備方法。一種魔芋基質的磁性材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)FeNi磁性納米粒子的制備按亞鐵鹽和鎳鹽∶魔芋∶水∶強還原劑的配比＝2～20mmol∶0.05～1.0g∶50mL∶1.0g～21.0g，其中亞鐵鹽占亞鐵鹽和鎳鹽總摩爾數的摩爾百分比為10％～90％；制得以魔芋為模板合成的FeNi磁性納米粒子；2)將FeNi磁性納米粒子和魔芋加入到水中，得到混合液；混合液中FeNi磁性納米粒子的質量濃度為0.3～3.0wt％，混合液中魔芋的質量濃度為5.0～25.0wt％；將混合液于40～90℃攪拌30～120分鐘，冷至室溫后倒入模具，轉入烘箱中在25～90℃條件下干燥6～24小時，得到一種魔芋基質的磁性材料。本發明制備工藝安全、簡單有效、符合環保要求。
文檔編號H01F1/00GK101710516SQ20091027223
公開日2010年5月19日 申請日期2009年9月27日 優先權日2009年9月27日
發明者劉露露, 周少鋒, 楊光正, 章橋新, 黃進 申請人:武漢理工大學