Tétraoxyde de trionest une substance inorganique avec la formule chimique Fe3O4, CAS 1317-61-9. C'est un cristal noir avec le magnétisme, il est donc également appelé oxyde de fer magnétique. Il ne peut pas être considéré comme une "métafert ferreux" [FE (FEO2)2], ni comme un mélange d'oxyde ferreux (FEO) et d'oxyde ferrique (Fe2O3), mais il peut être approximativement considéré comme un composé d'oxyde ferreux et d'oxyde ferrique (feo · fe2O3). Cette substance est insoluble dans l'eau, la solution alcaline, l'éthanol, l'éther et d'autres solvants organiques. L'oxyde ferrique naturel est insoluble dans une solution acide, et il est facile à s'oxyder en oxyde ferrique (Fe2O3) dans l'air dans des conditions humides. Il est généralement utilisé comme agent de pigment et de polissage, et peut également être utilisé pour fabriquer des bandes audio et des équipements de télécommunications.
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Formule chimique |
Fe3O42- |
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Masse exacte |
232 |
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Poids moléculaire |
232 |
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m/z |
116 (100.0%), 115 (19.1%), 116 (6.9%), 114 (1.2%) |
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Analyse élémentaire |
FE, 72,36; O, 27,64 |
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Tétraoxyde de trion(Fe ∝ O ₄), également connu sous le nom d'oxyde de fer magnétique, est un cristal noir aux propriétés magnétiques. Il possède des propriétés chimiques stables et des caractéristiques physiques uniques et est largement utilisé dans la science, l'industrie et la médecine.
1. Materifications magnétiques et stockage de données
Le tétroxyde de fer est le matériau central des milieux d'enregistrement magnétiques tels que les bandes magnétiques, les disques et les noyaux. Ses propriétés magnétiques en font un matériau clé pour le stockage de données dans les appareils électroniques, tels que la couche d'enregistrement des enregistreurs de bandes magnétiques à l'ancienne et des enregistreurs vidéo en oxyde de fer. De plus, l'oxyde de fer peut également être utilisé pour fabriquer des capteurs magnétiques, des matériaux magnétiques durs, etc. Il sert de transporteur pour la transmission du signal dans l'équipement de télécommunications, soutenant le développement de la technologie de la communication.
2. Iron-Make et traitement des métaux
La magnétite naturelle (contenant Fe ∝ O ₄) est une matière première importante pour la fabrication de fer, et le fer peut être extrait par des réactions de réduction. Dans le traitement de la surface métallique, l'oxyde de fer forme une couche d'oxyde dense à la surface de l'acier par le processus de "bluir" ou de "noircissement", empêchant la rouille et améliorant la brillance. Cette technologie est largement utilisée dans des champs tels que les pièces automobiles et la fabrication d'outils pour prolonger la durée de vie des produits.
3. Pigments et revêtements
La couleur noire profonde de Fe3O4 en fait un pigment idéal pour les industries telles que la céramique, les plastiques et les peintures. Il a une excellente résistance aux intempéries et une résistance à l'acide et aux alcalins, assurant une couleur de produit durable et stable. Par exemple, l'ajout d'oxyde de fer aux revêtements architecturaux peut fournir des effets décoratifs et améliorer la résistance à la corrosion du revêtement.
4. Abrasifs et agents de polissage
L'oxyde de fer a une dureté élevée et peut être utilisé comme abrasif dans des champs tels que le traitement des métaux et le polissage en verre. Dans le système de freinage des automobiles, l'oxyde de fer est utilisé dans la fabrication de plaquettes de frein et de chaussures de frein, atteignant la fonction de freinage par la friction, et sa résistance à l'usure peut réduire l'usure du système de freinage.
5. Catalyseurs et catalyseurs
L'oxyde de fer est souvent utilisé comme catalyseur dans les réactions chimiques, comme dans la désulfuration, l'hydrogénation, la dénitrification et les réactions d'oxydation, pour accélérer les taux de réaction et augmenter les rendements. Ses sites actifs de surface sont abondants et peuvent réduire l'énergie d'activation des réactions, ce qui en fait un additif important dans la production chimique.
Domaine médical: applications innovantes du diagnostic au traitement
1. Agent de contraste d'imagerie par résonance magnétique (IRM)
Les nanoparticules d'oxyde de fer ont un superparamagnétisme, qui peut rapidement magnétiser dans un champ magnétique et démagnétiser rapidement après avoir retiré le champ magnétique. Cette caractéristique en fait le matériau préféré des agents de contraste IRM, qui améliore le contraste du champ magnétique local, améliore la clarté de l'image et aide les médecins à diagnostiquer plus précisément les maladies dans le cerveau, le foie et d'autres domaines.
2. Administration magnétique de médicaments ciblés
Les nanoparticules d'oxyde de fer peuvent être utilisées comme porteurs de médicaments pour adsorber ou encapsuler des médicaments à la surface et les livrer avec précision au site de la lésion par guidage externe sur le terrain. Cette méthode peut réduire la distribution des médicaments dans les tissus normaux, réduire les effets secondaires et améliorer l'efficacité du traitement, en particulier montrant des avantages significatifs dans le traitement tumoral.
3. Technologie de séparation magnétique et de détection
Après se lier avec des anticorps ou des ligands spécifiques, les nanoparticules d'oxyde de fer peuvent rapidement séparer les cellules cibles ou les molécules des échantillons biologiques complexes par l'action du champ magnétique.
Cette technologie est largement utilisée dans le diagnostic de la maladie et la recherche biologique, tels que l'isolement des cellules cancéreuses, la détection des agents pathogènes, etc., fournissant un soutien technique à la médecine de précision.
4. Thermothérapie magnétique
Sous l'action d'un champ magnétique alternatif, les nanoparticules d'oxyde de fer peuvent générer de la chaleur, qui peut être utilisée pour l'hyperthermie magnétique pour tuer les cellules tumorales par le chauffage local. Cette méthode présente les avantages d'un traitement non invasif et précis, ce qui peut réduire les dommages aux tissus normaux environnants et est une technologie émergente dans le domaine du traitement tumoral.
5. Biomarqueurs et détection
Les nanoparticules d'oxyde de fer peuvent servir de biomarqueurs pour suivre le mouvement des cellules, surveiller les processus de libération des médicaments et détecter des produits chimiques ou des biomolécules spécifiques dans le corps. Par exemple, dans la gestion du diabète, il peut être utilisé pour surveiller la glycémie en temps réel et fournir un support de données pour un traitement personnalisé.
Fields technologiques émergents: extension transfrontalière de l'énergie à la protection de l'environnement
1. Matériaux de stockage d'énergie
Le tétroxyde de fer a à la fois une conductivité et un magnétisme et peut être utilisé pour préparer des dispositifs de stockage d'énergie à haute performance tels que les supercondensateurs et les batteries lithium-ion. Sa surface spécifique élevée et son énergie de surface peuvent améliorer le stockage d'énergie et libérer l'efficacité, par exemple, en tant que matériau d'électrode négatif dans les batteries lithium-ion, il peut améliorer les performances de charge et de décharge de la batterie.
2. Catalyseurs et photocatalyseurs
Le Fe3O4 de la taille de Nano a une activité catalytique élevée et peut être utilisé dans les domaines de la protection de l'environnement tels que la dégradation des polluants organiques, le fractionnement de l'eau pour la production d'hydrogène, etc. Après avoir été combiné avec d'autres matériaux semi-conducteurs, ses performances photocatalytiques sont considérablement améliorées. Par exemple, il peut éliminer efficacement les ions métalliques lourds et les polluants organiques dans le traitement des eaux usées, améliorant la qualité de l'eau.
3. Absorbant des matériaux et une technologie de furtivité
Les nanoparticules d'oxyde de fer ont d'excellentes propriétés d'absorption et peuvent être utilisées pour préparer des matériaux anti-UV et des matériaux d'absorption des micro-ondes. Dans le domaine militaire, en tant que composante clé des revêtements furtifs,Tétraoxyde de trionPeut réduire les signaux de réflexion radar des avions, des navires et d'autres équipements, et améliorer les capacités de survie du champ de bataille.
4. Matériaux et capteurs d'étanchéité
Le liquide magnétique formé par la dispersion de l'oxyde de fer dans le liquide peut être utilisé pour le gaz et l'étanchéité sous vide des instruments de précision et des équipements aérospatiaux.
Ses propriétés magnétiques et sa fluidité peuvent également être utilisées pour fabriquer des capteurs de pression, des capteurs de température et des capteurs de champ magnétique, réalisant une mesure précise de diverses quantités physiques.
4. Anti-contrefaçon et sécurité des données
En utilisant les propriétés magnétiques de Fe3O4, des étiquettes anti-contrefec et anti-contrefaçon peuvent être préparées pour l'identification anti-contrefaçon du produit. Dans le domaine du stockage des données, sa taille de particules à l'échelle nanométrique et sa forte coercivité peuvent améliorer le rapport signal / bruit des matériaux d'enregistrement magnétique, augmenter la densité de stockage et la vitesse de lecture / écriture des supports tels que les disques durs et les bandes magnétiques.
1. Méthode des précipitations
La méthode des précipitations est la méthode la plus couramment utilisée pour préparer des nano particules en raison de son fonctionnement simple, de son faible coût, de sa pureté élevée et de sa composition uniforme, qui convient à la production à grande échelle. Dans le même temps, la dispersion des nanoparticules peut être améliorée en ajoutant des dispersants organiques ou des agents complexants au mélange de précipitations, et l'inconvénient d'une agglomération facile des nanoparticules peut être surmontée. Les méthodes de précipitations courantes comprennent la coprécipitation, les précipitations hydrolytiques, les précipitations à ultrasons, la solution saline à l'alcool et la décomposition du chélate.
Par méthode de coprécipitation, des précipitants sont ajoutés à la solution contenant divers cations pour permettre à tous les ions de précipiter complètement. Afin d'obtenir des précipitations uniformes, la solution saline contenant divers cations est généralement ajoutée au précipitateur excessif pour l'agitation, de sorte que la concentration de tous les ions dépasse considérablement la concentration d'équilibre des précipitations et que tous les composants soient séparés en même temps en proportion autant que possible.
Son principe est Fe2++2 fe3++8 Oh -→ Fe3O4+4H2O.
Le rapport molaire de Fe2+et Fe3+a un effet direct sur la structure cristalline des nano particules préparées par la méthode des précipitations; La valeur du pH de la solution, de la concentration en ions et de la température de réaction affectent toutes la taille des particules. Le principal problème de la méthode des précipitations est de préparer des nanoparticules avec une structure monocristalline et une taille de particules uniformes en contrôlant les conditions de réaction. La filtration et le lavage du précipitateur externe doivent également être pris en compte.
Le Fe3O4Les nanoparticules obtenues par méthode de coprécipitation sont principalement de structure sphérique et de petite taille (5-10 nm). Cependant, en raison de la basse température de la réaction, la cristallinité des particules obtenues est relativement médiocre. De plus, le nano fe3O4Les particules préparées par cette méthode sont faciles à agglomérer parmi les particules pendant le lavage, le filtrage et le séchage, ce qui affectera les performances de NanoTétraoxyde de trion.
La méthode des précipitations d'hydrolyse consiste à libérer OH- par hydrolyse des substances alcalines. Les substances alcalines courantes comprennent l'urée, l'hexaméthylène diamine, etc. Ces substances libèrent OH- lentement, ce qui est propice à la formation de nanoparticules uniformes lors de la préparation de Nano Fe3O4 particules. Généralement, cette méthode peut produire des nanoparticules avec une distribution de particules de 7 nm à 39 nm.
L'échographie peut produire un effet de cavitation dans le solvant, et la bulle de la cavitation s'effondre en très peu de 10 à 11 secondes, générant une température élevée d'environ 5000k dans la bulle. Par rapport à la technologie d'agitation traditionnelle, cette série de cavitation est plus facile à réaliser un mélange uniforme mésoscopique, à éliminer la concentration locale inégale, à améliorer la vitesse de réaction, à stimuler la formation de nouvelles phases et peut également jouer un rôle de cisaillement dans l'agglomération, ce qui est propice à la formation de petites particules. L'application de la technologie à ultrasons n'a aucune exigence particulière sur les propriétés du système, tant qu'il existe un milieu liquide pour la transmission d'énergie. Vijayakumar. R et al. utilisé le rayonnement de l'échographie à haute intensité pour préparer le FE superparamagnétique3O4 particules avec la taille des particules de 10 nm de la solution d'acétate ferrique.
En utilisant l'effet de réduction de l'acétate de sodium ionisant dans l'eau pour générer de l'acétate, Fe a été partiellement réduit à Fe à environ 180 degrés dans un réacteur à haute pression. Yonghui Deng et d'autres ont chauffé FECL3acétate de sodium et éthylène glycol dans un réacteur à haute pression à 200 degrés pour 8h pour préparer le FE superparamagnétique3O4 nanoparticules.
Le principe de cette méthode est que les ions métalliques et les ligands appropriés forment un complexe stable à température ambiante. À la température appropriée et à la valeur du pH, le complexe est détruit. Les ions métalliques sont relâchés et réagissent avec les ions OH dans la solution et les précipitateurs et oxydants externes pour générer des oxydes métalliques insolubles, des hydroxydes, des sels et d'autres précipités de valence différentes. Un traitement supplémentaire peut produire des nanoparticules de taille ou même de forme.
2. Méthode hydrothermale (solvothermal):
La réaction hydrothermale (solvothermale) est un terme général pour les réactions chimiques réalisées à haute température et à haute pression dans les fluides tels que la solution aqueuse (solvant organique) ou la vapeur. La méthode hydrothermale est une sorte de synthèse pour la préparation de la poudre de nano développée au cours des dix dernières années.Tétraoxyde de trionPréparé par cette méthode a une petite taille de particules, une taille de particules uniforme, pas besoin de prétraitement de calcination à haute température et peut réaliser un dopage d'ions multivalent. Cependant, la méthode hydrothermale nécessite l'utilisation d'équipements à haute température et à haute pression, donc le coût de cette méthode est élevé et il est difficile d'atteindre une production à grande échelle.
Nanomètre Fe3O4Préparé par la méthode hydrothermale utilise principalement des sels de fer inorganiques (FECL3 · 6H2O, fecl2 · 4H2O, feso4) et les sels de fer biologique (Ferrocene Fe (C5H5)2) En tant que précurseurs, hydrazine, polyéthylène glycol, PVP, etc. comme surfactants, et est synthétisé dans une solution alcaline inférieure à 200 degrés.
Shouheng Sun a préparé le Fe superparamagnétique3O4Particules avec une taille de particules contrôlable par méthode hydrothermale. Tout d'abord, Fe3O4Des particules avec une taille de particules de 4 nm ont été préparées en utilisant Fe (acac) 3 comme source Fe, puis Fe3O4Des nanoparticules avec une taille de particules de 4 nm ont été préparées en contrôlant le temps de maintien et d'autres facteurs.
Zhen Li et al. ont rapporté que Fe3O4Les nanoparticules ont été préparées à l'aide de FECL commun3 · H2O comme précurseur au lieu de Fe coûteux (acac)3.
Yadong Li et al. ont rapporté que le monodisperse Fe3O4Les nanoparticules ont été préparées avec FECL3 · 6H2O, NAAC, EG et PEG comme matières premières, et la taille des particules était réglable.
3. Méthode de la microémulsion:
La méthode de la microémulsion fait référence à la formation de lotion par deux solvants non miscibles sous l'action du tensioactif, c'est-à-dire que les molécules amphiphiles divisent le milieu continu en petits espaces pour former un micro réacteur, dans lequel les réactifs réagissent pour générer une phase solide. En raison de la limitation du micro réacteur dans la nucléation, la croissance cristalline, la coalescence, le regroupement et d'autres processus, des nano particules avec une couche de surfactant et une certaine structure condensée et morphologie se forment.
La préparation du catalyseur nanométrique par méthode de micro-lotion présente les avantages de l'équipement simple, des conditions expérimentales légères et de la taille des particules contrôlables, qui est incomparable pour d'autres méthodes. Par conséquent, il est devenu une technologie très intéressante dans la synthèse des catalyseurs nano. La recherche sur la préparation du catalyseur nano par méthode de micro-lotion se concentre principalement sur le contrôle de la taille des particules, tandis que la recherche sur le contrôle de la monodispersité des particules est relativement moindre.
4. Méthode Sol Gel
Cette méthode utilise l'hydrolyse et la polymérisation des alcoxydes métalliques pour préparer un sol uniforme d'oxydes métalliques ou d'hydroxydes métalliques, puis le condense en gel transparent. Le gel est séché et traité à la chaleur pour préparer l'oxyde de poudre ultrafine. L'inconvénient de la méthode SOL GEL est que l'utilisation d'alcoxydes métalliques comme matières premières conduit à un cycle de synthèse élevé et long dans le processus de gélification. Dans le même temps, l'application de la méthode sol-gel pour préparer des nanoparticules avec une taille de particules inférieure à 100 nm n'a pas été signalée.
De plus, d'autres méthodes de préparation telles que la méthode micro-ondes, la méthode précurseur du carbonyle pyrolytique, la méthode ultrasonique, la méthode d'oxydation de l'air, la méthode de réduction de la pyrolyse, la méthode de réduction des polyols, etc. ont été rapportées successivement.
Le Fe noir3O4Les nanoparticules peuvent être obtenues en ajoutant du feso4Solution à la solution d'ammoniac dans le four à micro-ondes pour 8s. Alivasatos et al. monodisperse préparé - Fe3O4Les nanoparticules, depuis lors, cette méthode a été largement utilisée dans la préparation de nanoparticules d'oxyde magnétique monodisperse. Liu et al. Préparé des nanoparticules magnétiques feps avec un diamètre de 3 nm en utilisant la méthode de réduction du polyol et la réaction de réduction de l'acétylacétonate ferreux et de l'acétylacétonate de platine dans la phase liquide à haute température. Les particules étaient monodisperses sous la protection du tensioactif. Meng Zhe et al. préparé avec succèsTétraoxyde de trionpoudre ultrafine à haute pureté, magnétisme fort et distribution sphérique par induction d'oxydation et oxydation de l'air de Fe (OH)2Suspension à température ambiante avec pH =10 environ.
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