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磁场作用下Fe_3O4_及Fe_3O_4/壳聚糖复合材料的制备

作　者: 吴潜
导　师: 贾绍义
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 磁场 Fe3O4 壳聚糖 纳米复合材料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


为了研究外磁场对磁性纳米材料制备的影响,本文选取生物相容性良好的Fe3O4和壳聚糖为研究对象,在不同磁场条件下制备磁性纳米粒子和磁性纳米复合材料,并对产品的结构和性质进行表征和分析,具体研究内容为:1)在0 T、0.25 T、0.45 T不同磁场中利用Massart水解法制备Fe3O4纳米粒子。结果表明:0 T下,粒子呈球状;磁感应强度达到0.25 T和0.45 T后,粒子沿一定晶面定向生长为一维棒状结构,且结晶度有所提高,比表面积减小。所有产品都表现出超顺磁性;较0 T下所得Fe3O4纳米粒子,0.25 T与0.45 T下制得的粒子饱和磁化强度分别增加0.28倍和1.14倍,剩余磁化强度分别增加13.48倍和14.10倍,矫顽力都增加1.45倍。2)将Fe3+与Fe2+预先均匀分散于壳聚糖乙酸溶液,在0 T、0.25 T、0.45 T不同磁场中利用一步法制备Fe3O4/壳聚糖复合材料。结果表明:Fe3O4与壳聚糖之间存在化学键作用,并形成稳定的核/壳结构。在壳聚糖环境中,外磁场诱导Fe3O4纳米粒子沿一定晶面定向生长,生成链状或棒状颗粒,导致比表面积减小。0 T、0.25 T、0.45 T不同磁场条件下制得的Fe3O4/壳聚糖复合材料都表现出超顺磁性,但其相关磁性参数并无太大差别。3)预先制备Fe3O4纳米粒子,然后再包埋于壳聚糖中,在0 T、0.25 T、0.45 T不同磁场中利用两步法制备Fe3O4/壳聚糖复合材料。在戊二醛交联的过程中引入外磁场,Fe3O4粒子本身形貌未发生明显变化,未出现一步法中链状或棒状颗粒,但是大量Fe3O4/壳聚糖粒子定向聚集排列,呈现出“纤维束”状结构。本文根据晶体生长理论,较为系统的分析了磁场作用下Fe3O4纳米晶体的生长机理,以及一维纳米结构的成形机制,并以此为依据,对实验现象和实验结果进行了合理的解释。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 前言  7-9
第二章 文献综述  9-22
  2.1 纳米复合材料概述  9
  2.2 磁性微球  9-11
    2.2.1 概述  9
    2.2.2 磁性微球的制备  9-11
  2.3 磁性纳米粒子  11-14
    2.3.1 Fe_3O_4的结构  11
    2.3.2 磁性纳米粒子的制备  11-13
    2.3.3 磁性纳米粒子的应用  13-14
  2.4 高分子材料  14-17
    2.4.1 甲壳素与壳聚糖  14-16
    2.4.2 Schiff碱反应  16-17
  2.5 外磁场作用下磁性纳米材料的制备  17-21
    2.5.1 概述  17
    2.5.2 磁场作用下铁氧体材料的制备  17-19
    2.5.3 磁场作用下磁性复合材料的制备  19-21
  2.6 小结  21-22
第三章 实验部分  22-35
  3.1 原料与试剂  22
  3.2 实验设备  22-23
  3.3 磁场下Fe_3O_4纳米粒子的制备  23-25
    3.3.1 实验原理  23-24
    3.3.2 实验装置  24
    3.3.3 实验步骤  24-25
  3.4 一步法制备Fe_3O_4/壳聚糖复合材料  25-28
    3.4.1 实验原理  25-27
    3.4.2 实验装置  27
    3.4.3 实验步骤  27-28
  3.5 两步法制备Fe_3O_4/壳聚糖复合材料  28-30
    3.5.1 实验原理  28
    3.5.2 实验装置  28-29
    3.5.3 实验步骤  29-30
  3.6 测试与表征  30-35
    3.6.1 粉末X射线衍射  30
    3.6.2 FTIR测试  30-31
    3.6.3 HRTEM测试  31-32
    3.6.4 SEM测试  32
    3.6.5 比表面积测试  32-33
    3.6.6 热分析  33-34
    3.6.7 磁性能测试  34-35
第四章 实验结果及讨论  35-56
  4.1 磁场下Fe_3O_4纳米粒子的制备  35-41
    4.1.1 物相分析  35-36
    4.1.2 形貌分析  36-39
    4.1.3 比表面积测试  39
    4.1.4 磁性能测试  39-41
  4.2 一步法制备Fe_3O_4/壳聚糖复合材料  41-50
    4.2.1 物相分析  41-44
    4.2.2 形貌分析  44-47
    4.2.3 比表面积测试  47-48
    4.2.4 热分析  48-49
    4.2.5 磁性能测试  49-50
  4.3 两步法制备Fe_3O_4/壳聚糖复合材料  50-56
    4.3.1 物相分析  50-51
    4.3.2 形貌分析  51-56
第五章 磁场作用机理的探讨  56-61
  5.1 磁性各向异性  56-57
    5.1.1 磁晶各向异性  56
    5.1.2 胁强各向异性  56
    5.1.3 形状各向异性  56-57
  5.2 磁场下Fe_3O_4纳米晶体生长机理  57-58
  5.3 两步法中磁场作用机理  58-61
第六章 结论  61-62
参考文献  62-69
发表论文和参加科研情况说明  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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