原位沉澱法合成高選擇性磁鐵礦納米粒子及其表征是怎樣的？
前言：基于氧化鐵納米粒子在許多領域中的應用，原位沉澱法被廣泛用于合成氧化鐵納米粒子，然而，對于生成四氧化三鐵磁鐵礦相的反應速率和速率常數沒有深入研究，需要反應速率來設計工藝的放大。
在這項研究中，磁鐵礦相的氧化鐵納米粒子是通過原位沉澱法合成的，并且基于在該過程中産生的磁鐵礦的濃度來評估總反應速率，使用X射線衍射、能量分散X射線光譜和拉曼光譜來确認更高比例的磁鐵礦在最終産品中，哪一個負責更頂級的磁性能74.615emu。
通過透射電子顯微鏡報道了這些納米顆粒在反應的不同時間間隔的形态變化。結果表明，在反應的不同時間間隔合成的球形納米粒子具有非常窄的粒徑範圍，即9-15nm。詳細的分析揭示了磁赤鐵礦在反應開始的時候，磁赤鐵礦最終在反應結束時轉化為磁鐵礦，進而增強了納米顆粒的磁性強度。
迄今為止，報道了大約16種不同的氧化鐵相。所有這些氧化鐵相都是結晶的，隻有兩種除外，即施威特曼石和水鐵礦。在治療和診斷應用中，例如磁共振成像，生産金屬納米粒子并利用它們的超順磁性非常普遍。
這些氧化鐵可用作催化劑，吸附劑，顔料，絮凝劑塗料，氣體傳感器廢水處理，以及用于潤滑。同樣，這些納米粒子也可以用于不同的先進工藝中，以形成納米反應器，添加到聚合物薄膜和其他産品中，基于其優異的磁性能。
這些應用制造了四氧化三鐵的超磁性納米粒子，并且需要以最小的操作成本開發和改進這種合成工藝。根據氧化鐵晶體的磁性，三種主要相因其較高的磁性強度而衆所周知，其中磁鐵礦名列榜首，其次是磁赤鐵礦和赤鐵礦。
有幾種不同的生産氧化鐵納米顆粒的方法，溶膠-凝膠，熱液，乳液沉澱，微乳液和微波輔助水熱技術。然而，焦點在于具有高純度氧化鐵的磁鐵礦相。在這種情況下，通過中和反應和快速混合産生固相，這對于控制晶粒尺寸和磁性至關重要。
沉澱和表面形态是幾種機制的結果，即成核、分子生長和二次過程，如顆粒的聚集/聚結和破碎，納米顆粒産生的驅動力是過飽和。成核是納米粒子形成的第一步，當臨界數量的分子結合在一起形成胚胎時就會發生。
來自細胞核的穩定胚胎在溶液中充當種子，用于沉澱其它分子。聚集和生長分别導緻兩個粒子的附着和這些納米粒子的生長。聚集的特點是速度慢，在粒子形成後發生，取決于兩個粒子碰撞的力。大多數碰撞沒有足夠的能量聚集粒子，粒子反彈回系統。
大多數金屬氧化物納米顆粒也具有表面電荷，并且這些表面電荷的強度也降低了顆粒聚集或聚結的機會。顆粒的破碎取決于顆粒在流體中運動時作用在顆粒上的不同力。具有尖銳邊緣和不平坦表面的顆粒更有可能破碎成兩個或兩個以上更小的顆粒，這取決于顆粒上的力平衡。
然而，這種現象在金屬氧化物納米顆粒中非常罕見。與作用在顆粒上的表面力相比，金屬氧化物中的機械力非常高，在納米顆粒的情況下可以假設為零。在湍流混合狀态下，鐵鹽與強堿性溶液的沉澱産生了超飽和，并導緻新形成的顆粒遷移到超高飽和區域。
在高混合狀态下，由高成核率産生的小顆粒和這些納米顆粒的生長取決于混合效率。由于沉澱反應非常快，混合的效果在微混合水準下是顯著的。這種現象在高混合速率下更加突出，并且将取決于反應器中的流态。
本研究緻力于通過共沉澱法制備納米四氧化三鐵，目前工作的主要貢獻之一是報告磁鐵礦濃度随反應時間的變化。鐵鹽和沉澱劑之間的共沉澱反應非常快，導緻第一滴混合到溶液中時就形成不同的産物。
然而，磁鐵礦的形成是基于緩慢的反應，需要相對較長的反應時間。溶液中磁鐵礦生産的選擇性非常敏感，取決于操作參數，如pH、反應溫度、濃度和鐵鹽摩爾比。是以，本工作的目标是合成超順磁性氧化鐵納米粒子，即磁鐵礦純度很高。首先，描述了共沉澱的實驗裝置和過程。然後表征納米顆粒在産品中不同晶體的濃度，最後報告這些納米顆粒的尺寸和磁性強度。
使用氯化鐵和氯化鐵的前體混合物通過共沉澱法制備了氧化鐵納米顆粒。以高雜質的良好産率産生納米顆粒，并給出7.5×10-3的反應速率值−4摩爾最小值−1速率常數為2.074×10−4摩爾−2部−1。
拉曼光譜支援的XRD結果表明，在反應早期形成了大部分磁赤鐵礦，而随着反應的進行，該磁赤鐵礦轉化為磁鐵礦，并将磁鐵礦納米顆粒的選擇性增加到98.2%，發現這些納米顆粒的ζ電勢在反應結束時為41，這表明納米顆粒是穩定的。
結論
表面電荷導緻對納米粒子聚集和聚結的顯著阻力，TEM分析表明，這些納米粒子的結構是球形的，并給出了多孔結構，這些具有圓形和多孔表面的無雜質磁性納米粒子因其優異的磁性和機械性能可用作不同聚合物材料中的添加劑。
