Triiron Tetraoxidist eine anorganische Substanz mit der chemischen Formel Fe3O4, CAS 1317-61-9. Es ist ein schwarzer Kristall mit Magnetismus und wird auch als magnetisches Eisenoxid bezeichnet. Es kann nicht als "Eisen Metaferrite" [Fe (Feo) angesehen werden2)2], noch als Mischung aus Eisenoxid (FEO) und Eisenoxid (Fe)2O3), aber es kann ungefähr als Verbindung aus Eisenoxid und Eisenoxid (Feo · fe) angesehen werden2O3). Diese Substanz ist in Wasser, Alkali -Lösung, Ethanol, Ether und anderen organischen Lösungsmitteln unlöslich. Das natürliche Eisenoxid ist in Säurelösung unlöslich und kann leicht in Eisenoxid oxidieren (Fe2O3) in der Luft unter feuchten Bedingungen. Es wird normalerweise als Pigment- und Poliermittel verwendet und kann auch zur Herstellung von Audiobändern und Telekommunikationsgeräten verwendet werden.
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Chemische Formel |
Fe3O42- |
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Genaue Masse |
232 |
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Molekulargewicht |
232 |
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m/z |
116 (100.0%), 115 (19.1%), 116 (6.9%), 114 (1.2%) |
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Elementaranalyse |
Fe, 72,36; O, 27,64 |
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Triiron Tetraoxid(Fe ∝ O ₄), auch als magnetisches Eisenoxid bekannt, ist ein schwarzer Kristall mit magnetischen Eigenschaften. Es verfügt über stabile chemische Eigenschaften und einzigartige physikalische Eigenschaften und wird in Wissenschaft, Industrie und Medizin häufig verwendet.
1. Magnetmaterial und Datenspeicherung
Eisen -Tetroxid ist das Kernmaterial von Magnetaufzeichnungsmedien wie Magnetbändern, Scheiben und Kernen. Seine magnetischen Eigenschaften machen es zu einem Schlüsselmaterial für die Datenspeicherung in elektronischen Geräten, wie die Aufzeichnungsschicht von altmodischen Magnetbandrekordern und Video-Rekorder aus Eisenoxid. Darüber hinaus kann Eisenoxid auch zur Herstellung von Magnetsensoren, harten magnetischen Materialien usw. verwendet werden. Es dient als Träger für die Signalübertragung in Telekommunikationsgeräten und unterstützt die Entwicklung der Kommunikationstechnologie.
2. Eisenherstellung und Metallverarbeitung
Der natürliche Magnetit (enthält Fe ∝ o ₄) ist ein wichtiger Rohstoff für die Eisenherstellung, und Eisen kann durch Reduktionsreaktionen extrahiert werden. Bei der Behandlung mit Metalloberflächen bildet Eisenoxid eine dichte Oxidschicht auf der Oberfläche des Stahls durch den "Blau" oder "schwärzenden" Prozess, verhindern Rost und Verbesserung der Hochglanz. Diese Technologie wird in Bereichen wie Automobilteilen und Werkzeugherstellung häufig verwendet, um die Lebensdauer von Produkten zu verlängern.
3. Pigmente und Beschichtungen
Die tiefe schwarze Farbe von Fe3O4 macht es zu einem idealen Pigment für Branchen wie Keramik, Kunststoff und Farben. Es hat eine ausgezeichnete Wetterresistenz sowie Säure- und Alkali-Widerstand, die eine lang anhaltende und stabile Produktfarbe gewährleistet. Beispielsweise kann das Hinzufügen von Eisenoxid zu architektonischen Beschichtungen dekorative Effekte erzielen und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung verbessern.
4.. Schleifmittel und Poliermittel
Eisenoxid hat eine hohe Härte und kann als Schleifmittel in Feldern wie Metallverarbeitung und Glaspolieren verwendet werden. Im Bremssystem von Automobilen wird Eisenoxid zur Herstellung von Bremsbelagern und Bremsschuhen verwendet, die die Bremsfunktion durch Reibung erreicht, und der Verschleißfestigkeit kann den Verschleiß und die Riss des Bremssystems verringern.
5. Katalysatoren und Katalysatoren
Eisenoxid wird häufig als Katalysator bei chemischen Reaktionen verwendet, z. Seine oberflächenaktiven Stellen sind reichlich vorhanden und können die Aktivierungsenergie von Reaktionen verringern, was sie zu einem wichtigen Additiv in der chemischen Produktion macht.
Medizinisches Feld: Innovative Anwendungen von der Diagnose bis zur Behandlung
1. Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrastmittel
Eisenoxid -Nanopartikel haben einen Superparamagnetismus, der sich nach dem Entfernen des Magnetfelds schnell in einem Magnetfeld magnetisieren kann. Dieses Merkmal macht es zum bevorzugten Material für MRT -Kontrastmittel, das den lokalen Magnetfeldkontrast verbessert, die Bildklarheit verbessert und Ärzte dabei unterstützt, Krankheiten in Gehirn, Leber und anderen Bereichen genauer zu diagnostizieren.
2. magnetische gezielte Arzneimittelabgabe
Eisenoxid -Nanopartikel können als Arzneimittelträger verwendet werden, um Arzneimittel auf der Oberfläche zu adsorbieren oder zu verkapseln und sie durch externe Magnetfeldanleitung genau an die Läsionsstelle zu liefern. Diese Methode kann die Verteilung von Arzneimitteln in normalen Geweben verringern, die Nebenwirkungen verringern und die Behandlungseffizienz verbessern, insbesondere die signifikanten Vorteile bei der Tumorbehandlung.
3.. Magnetische Trennung und Detektionstechnologie
Nach der Bindung mit spezifischen Antikörpern oder Liganden können Eisenoxid -Nanopartikel durch Magnetfeldwirkung schnell Zielzellen oder Moleküle von komplexen biologischen Proben trennen.
Diese Technologie wird häufig in der Diagnose und biologischer Forschung der Krankheiten eingesetzt, z. B. die Isolierung von Krebszellen, das Nachweis von Krankheitserregern usw. und technische Unterstützung für Präzisionsmedizin.
4. Magnetische Thermotherapie
Unter der Wirkung eines abwechselnden Magnetfeldes können Eisenoxid -Nanopartikel Wärme erzeugen, die für magnetische Hyperthermie verwendet werden kann, um Tumorzellen durch lokale Erwärmung abzutöten. Diese Methode hat die Vorteile einer nicht-invasiven und präzisen Behandlung, die die Schäden an umgebenden normalen Geweben verringern und eine aufstrebende Technologie im Bereich der Tumorbehandlung darstellt.
5. Biomarker und Sensing
Eisenoxid -Nanopartikel können als Biomarker zur Verfolgung von Zellenbewegungen, zur Überwachung der Arzneimittelfreisetzungsprozesse und zur Erkennung spezifischer Chemikalien oder Biomoleküle im Körper dienen. Zum Beispiel kann es im Diabetesmanagement verwendet werden, um den Blutzuckerspiegel in Echtzeit zu überwachen und Datenunterstützung für eine personalisierte Behandlung zu bieten.
Emerging Technology Fields: Grenzgrenzer Expansion von Energie zum Umweltschutz
1. Energiespeichermaterialien
Das Eisen-Tetroxid hat sowohl Leitfähigkeit als auch Magnetismus und kann verwendet werden, um Hochleistungs-Energiespeichergeräte wie Superkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien vorzubereiten. Die hohe spezifische Oberfläche und die Oberflächenenergie können die Energiespeicherung und die Freisetzungseffizienz verbessern. Zum Beispiel kann es als negatives Elektrodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien die Lade- und Entlastungsleistung der Batterie verbessern.
2. Katalysatoren und Photokatalysatoren
Die Nanogröße Fe3O4 hat eine hohe katalytische Aktivität und kann in Umweltschutzfeldern wie dem Abbau organischer Schadstoffe, der Wasserspaltung für die Wasserstoffproduktion usw. verwendet werden, nachdem sie mit anderen Halbleitermaterialien kombiniert wurde, und die photokatalytische Leistung wird erheblich verbessert. Zum Beispiel kann es effizient schwere Metallionen und organische Schadstoffe in der Abwasserbehandlung entfernen und die Wasserqualität verbessern.
3.. Absorbing Materialien und Stealth -Technologie
Eisenoxid -Nanopartikel haben hervorragende absorbierende Eigenschaften und können zur Herstellung von Anti -UV -Materialien und mikrowellenabsorbierenden Materialien verwendet werden. Im Militärfeld als Schlüsselkomponente von Stealth -Beschichtungen,,Triiron TetraoxidKann Radarreflexionssignale von Flugzeugen, Schiffen und anderen Geräten reduzieren und das Überlebensfähigkeiten des Schlachtfeldes verbessern.
4. Versiegelungsmaterial und Sensoren
Die durch das Verbreiten von Eisenoxid in Flüssigkeit gebildeter Magnetflüssigkeit kann zur Gas- und Vakuumversiegelung von Präzisionsinstrumenten und Luft- und Raumfahrtgeräten verwendet werden.
Die magnetischen Eigenschaften und seine Fluidität können auch zur Herstellung von Drucksensoren, Temperatursensoren und Magnetfeldsensoren verwendet werden, wodurch eine genaue Messung verschiedener physikalischer Mengen erreicht wird.
4.. Anti -Fälschung und Datensicherheit
Durch die Verwendung der magnetischen Eigenschaften von Fe3O4 können Anti-Counterfeit-Tinte und Anti-Counterfeit-Etiketten für die Identifizierung von Antikounterfeitungen vorbereitet werden. Im Bereich der Datenspeicherung kann seine nanoskalige Partikelgröße und hohe Koerzivität das Signal-Rausch-Verhältnis von Magnetaufzeichnungsmaterialien verbessern, die Speicherdichte und die Lese-/Schreibgeschwindigkeit von Medien wie Festplatten und Magnetbändern erhöhen.
1. Niederschlagsmethode
Die Niederschlagsmethode ist die am häufigsten verwendete Methode zur Herstellung von Nanopartikeln aufgrund seines einfachen Betriebs, der geringen Kosten, der hohen Reinheit und seiner gleichmäßigen Zusammensetzung, die für die groß angelegte Produktion geeignet ist. Gleichzeitig kann die Dispersion von Nanopartikeln verbessert werden, indem organische Dispergiermittel oder Komplexierungsmittel zum Niederschlagsgemisch hinzugefügt werden, und der Nachteil der einfachen Agglomeration von Nanopartikeln kann überwunden werden. Häufige Niederschlagsmethoden umfassen Coprecipitation, hydrolytische Ausfällung, Ultraschallausfällung, Alkoholsalzlösung und Chelat -Zersetzung.
Durch die Coprecipitation -Methode werden die Lösung mit verschiedenen Kationen zugesetzt, damit alle Ionen vollständig ausfallen können. Um gleichmäßige Ausfällung zu erhalten, wird die Salzlösung, die verschiedene Kationen enthält, zum Rühren normalerweise langsam zu dem übermäßigen Abhilfsmittel zugesetzt, so dass die Konzentration aller Ionen die Gleichgewichtskonzentration von Niederschlag erheblich überschreitet und alle Komponenten so weit wie möglich zum gleichen Zeitpunkt abgetrennt werden.
Sein Prinzip ist Fe2++2 fe3++8 oh -→ Fe3O4+4H2O.
Das Molverhältnis von Fe2+und Fe3+hat einen direkten Einfluss auf die Kristallstruktur von Nanopartikeln, die durch Niederschlagsmethode hergestellt wurden; Der pH -Wert von Lösung, Ionenkonzentration und Reaktionstemperatur beeinflussen alle die Größe der Partikel. Das Hauptproblem der Niederschlagsmethode ist die Herstellung von Nanopartikeln mit einer Kristallstruktur und einer gleichmäßigen Partikelgröße, indem die Reaktionsbedingungen gesteuert werden. Die Filtration und das Waschen des äußeren Abhüllers müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Die Fe3O4Nanopartikel, die durch eine Coprecipitation-Methode erhalten wurden, sind meist sphärisch in der Struktur und kleiner Größe (5-10 nm). Aufgrund der niedrigen Temperatur der Reaktion ist die Kristallinität der erhaltenen Partikel jedoch relativ schlecht. Darüber hinaus der Nano Fe3O4Partikel, die nach dieser Methode erstellt wurdenTriiron Tetraoxid.
Die Hydrolyse -Niederschlagsmethode besteht darin, OH freizusetzen- durch Hydrolyse von alkalischen Substanzen. Häufige alkalische Substanzen umfassen Harnstoff, Hexamethylendiamin usw. Diese Substanzen füllen oh frei- Langsam, was der Bildung gleichmäßiger Nanopartikel bei der Vorbereitung von Nano Fe förderlich ist3O4 Partikel. Im Allgemeinen kann diese Methode Nanopartikel mit einer Partikelverteilung von 7 nm bis 39 nm produzieren.
Ultraschall kann im Lösungsmittel einen Kavitationseffekt erzeugen, und die Kavitationsblase erzeugt in einer sehr kurzen Zeit von 10-11 Sekunden, wodurch eine hohe Temperatur von etwa 5000 k in der Blase erzeugt wird. Im Vergleich zur traditionellen rührenden Technologie ist diese Kavitationserie leichter zu erreichen, ein einheitliches Mischen mesoskopisch zu erreichen, die Unebenheit der lokalen Konzentration zu beseitigen, die Reaktionsgeschwindigkeit zu verbessern, die Bildung neuer Phasen zu stimulieren und auch eine Scherrolle bei der Agglomeration zu spielen, die der Bildung kleiner Teilchen förderlich ist. Die Anwendung der Ultraschalltechnologie hat keine besonderen Anforderungen an die Eigenschaften des Systems, solange ein flüssiges Medium für die Energieübertragung vorhanden ist. Vijayakumar. R et al. benutzte die Strahlung von Ultraschall mit hoher Intensität, um die superparamagnetische Fe vorzubereiten3O4 Partikel mit der Partikelgröße von 10 nm von der Eisen -Acetat -Lösung.
Durch die Verwendung des Reduktionseffekts von Natriumacetat in Wasser zur Erzeugung von Acetat wurde Fe bei einem Hochdruckreaktor teilweise auf Fe reduziert. Yonghui Deng und andere erhitzte Fecl3Natriumacetat und Ethylenglykol in einem Hochdruckreaktor bei 200 Grad für 8h, um superparamagnetische Fe vorzubereiten3O4 Nanopartikel.
Das Prinzip dieser Methode ist, dass Metallionen und geeignete Liganden bei Raumtemperatur einen stabilen Komplex bilden. Bei der entsprechenden Temperatur und dem pH -Wert wird der Komplex zerstört. Die Metallionen werden erneut freigesetzt und reagieren mit OH -Ionen in der Lösung und externen Ausfällen und Oxidationsmitteln, um unlösliche Metalloxide, Hydroxide, Salze und andere Ausfälle unterschiedlicher Valenz zu erzeugen. Eine weitere Behandlung kann Nanopartikel mit einer bestimmten Größe oder sogar Form erzeugen.
2. hydrothermale (solvothermale) Methode:
Die hydrothermale (solvothermale) Reaktion ist ein allgemeiner Begriff für chemische Reaktionen, die unter hoher Temperatur und hohem Druck in Flüssigkeiten wie wässriger Lösung (organisches Lösungsmittel) oder Dampf durchgeführt werden. Die hydrothermale Methode ist eine Art Synthese zur Herstellung von Nanopulver, die in den letzten zehn Jahren entwickelt wurden.Triiron TetraoxidNach dieser Methode hergestellt weist eine kleine Partikelgröße, eine gleichmäßige Partikelgröße, keine Vorbehandlung mit hoher Temperaturkalzinierung auf und kann eine multivalente Ionendotierung realisieren. Die hydrothermale Methode erfordert jedoch die Verwendung von hohen Temperaturen und hohen druckbeständigen Geräten, sodass die Kosten dieser Methode hoch sind und es schwierig ist, eine groß angelegte Produktion zu erzielen.
Nanometer FE3O4Herstellung durch hydrothermale Methode verwendet hauptsächlich anorganische Eisensalze (FECL3 · 6H2O, Fecl2 · 4H2O, Feso4) und organische Eisensalze (Ferrocene Fe (C.5H5)2) als Vorläufer, Hydrazin, Polyethylenglykol, PVP usw. als Tenside und werden in alkalischer Lösung unter 200 Grad synthetisiert.
Shouheng Sun bereitete superparamagnetische Fe vor3O4Partikel mit kontrollierbarer Partikelgröße nach hydrothermaler Methode. Erstens Fe3O4Partikel mit einer Partikelgröße von 4nm wurden unter Verwendung von Fe (ACAC) 3 als Fe -Quelle und dann Fe hergestellt3O4Nanopartikel mit einer Partikelgröße von 4nm wurden durch Kontrolle der Haltezeit und anderer Faktoren hergestellt.
Zhen Li et al. berichtete, dass Fe3O4Nanopartikel wurden unter Verwendung gemeinsamer FECL hergestellt3 · H2O als Vorläufer statt teurer Fe (ACAC)3.
Yadong Li et al. berichtete, dass monodisperse fe3O4Nanopartikel wurden mit FECL hergestellt3 · 6H2O, NAAC, EG und PEG als Rohstoffe, und die Partikelgröße war einstellbar.
3. Mikroemulsionsmethode:
Die Mikroemulsionsmethode bezieht sich auf die Bildung von Lotion durch zwei nicht mischbare Lösungsmittel unter der Wirkung des Tensids, dh die amphiphilen Moleküle teilen das kontinuierliche Medium in kleine Räume, um einen Mikroreaktor zu bilden, in dem die Reaktanten reagieren, um eine feste Phase zu erzeugen. Aufgrund der Einschränkung des Mikroreaktors in Keimbildung, Kristallwachstum, Koaleszenz, Clusterbildung und anderen Prozessen werden Nanopartikel mit einer Tensidschicht und einer bestimmten kondensierten Struktur und Morphologie gebildet.
Die Herstellung des Nanometerkatalysators nach Micro -Lotion -Methode hat die Vorteile einfacher Geräte, milde experimentelle Bedingungen und steuerbare Partikelgröße, was mit anderen Methoden unvergleichlich ist. Daher ist es eine sehr interessante Technologie in der Synthese von Nano -Katalysatoren geworden. Die Forschung zur Herstellung des Nanokatalysators nach Mikro -Lotion -Methode konzentriert sich hauptsächlich auf die Kontrolle der Partikelgröße, während die Forschung zur Kontrolle der Partikelmonodispersität relativ geringer ist.
4. Sol -Gel -Methode
Diese Methode verwendet Hydrolyse und Polymerisation von Metallalkoxiden, um einheitliches Sol von Metalloxiden oder Metallhydroxiden herzustellen, und kondensiert es dann zu transparentem Gel. Das Gel wird getrocknet und wärme behandelt, um Oxid -Ultrafeinepulver herzustellen. Der Nachteil der Sol -Gel -Methode besteht darin, dass die Verwendung von Metallalkoxiden als Rohstoffe zu hohen Kosten und langem Synthesezyklus im Gelierprozess führt. Gleichzeitig wurde die Anwendung der Sol-Gel-Methode zur Herstellung von Nanopartikeln mit Partikelgröße von weniger als 100 nm nicht gemeldet.
Darüber hinaus wurden andere Vorbereitungsmethoden wie Mikrowellenmethoden, pyrolytische Carbonylvorläufermethode, Ultraschallmethode, Luftoxidationsmethode, Pyrolyse -Reduktionsmethode, Polyol -Reduktionsmethode usw. nacheinander berichtet.
Die schwarze Fe3O4Nanopartikel können durch Hinzufügen von FESO erhalten werden4Lösung für die Ammoniaklösung im Mikrowellenofen für 8s. Alivasatos et al. vorbereitete Monodisperse - Fe3O4Seitdem wurde diese Methode bei der Herstellung von monodispersen Magnetoxid -Nanopartikeln weit verbreitet. Liu et al. herstellte FEPT-magnetische Nanopartikel mit einem Durchmesser von 3nm unter Verwendung der Polyol-Reduktionsmethode und der Reduktionsreaktion von Eisen-Acetylacetonat- und Platin-Acetylacetonat in der Flüssigkeitsphase mit hoher Temperatur. Die Partikel waren unter dem Schutz des Tensids monodisperse. Meng Zhe et al. erfolgreich vorbereitetTriiron TetraoxidUltrafeine Pulver mit hoher Reinheit, starker Magnetismus und kugelförmiger Verteilung durch Oxidationsinduktion und Luftoxidation von Fe (OH)2Federung bei Raumtemperatur mit pH =10 oder so.
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