用途

四氧化三鐵是一種常用的磁性材料。

特制的純凈四氧化三鐵用來作錄音磁帶和電訊器材的原材料。

天然的磁鐵礦是煉鐵的原料。

用于制底漆和面漆。

四氧化三鐵是生產(chǎn)鐵觸媒（一種催化劑）的主要原料。

它的硬度很大，可以作磨料。已廣泛應(yīng)用于汽車制動(dòng)領(lǐng)域，如：剎車片、剎車蹄等。

四氧化三鐵在國內(nèi)焊接材料領(lǐng)域已得到認(rèn)可，用于電焊條、焊絲的生產(chǎn)尚屬起步階段，市場前景十分廣闊。

四氧化三鐵因其比重大，磁性強(qiáng)的特點(diǎn)，在污水處理方面表現(xiàn)出了良好的性能。

四氧化三鐵還可做顏料和拋光劑。

我們還可以通過某些化學(xué)反應(yīng)，比如使用亞硝酸鈉等等，使鋼鐵表面生成一層致密的四氧化三鐵，用來防止或減慢鋼鐵的銹蝕，例如槍械、鋸條等表面的發(fā)藍(lán)、發(fā)黑。俗稱“烤藍(lán)”。

制作特殊電極。

納米級別

簡介

四氧化三鐵具有鐵磁性，如果形成顆粒半徑在納米級別，稱為四氧化三鐵磁性顆粒。

反應(yīng)原理

2013來，有關(guān)納米Fe3O4制備的文獻(xiàn)大量涌現(xiàn)，一些新型的制備工藝也不斷出現(xiàn)。傳統(tǒng)制備納米Fe3O4的方法主要有沉淀法、水熱（溶劑熱）法、微乳化法、溶膠-凝膠法。新興的制備方法如微波法、熱解羰基前軀體法、超聲法、空氣氧化法、熱解-還原法、多元醇還原法等正逐漸成為學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。在相關(guān)制備Fe3O4的方法中，新型的表面活性劑、制備體系也都有所突破。表面活性劑已經(jīng)不僅僅局限于SDS、PEG、CTAB、檸檬酸、油酸等，用NSOCMCS、聚丙烯酰胺作修飾劑也有于報(bào)道。制備體系也相繼出現(xiàn)乙醇-水體系、正丙醇-水、丙二醇-水體系等。

1、沉淀法

沉淀法由于其工藝操作簡單成本較低，產(chǎn)品純度高，組成均勻，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，成為最常用的納米顆粒的制備方法。同時(shí)，通過向沉淀混合液中加入有機(jī)分散劑或絡(luò)合劑可提高納米粒子的分散性，克服納米粒子易團(tuán)聚的缺點(diǎn)。常用的沉淀法有共沉淀法、水解沉淀法、超聲沉淀法、醇鹽水解法和螯合物分解法等。

(1) 共沉淀法

共沉淀法在含有多種陽離子的溶液中加入沉淀劑，讓所有離子完全沉淀。為了獲得均勻的沉淀，通常將含有多種陽離子的鹽溶液慢慢加入到過量的沉淀劑中進(jìn)行攪拌，使所有離子的濃度大大超過沉淀的平衡濃度，盡量使各組分按比例同時(shí)析出來。

共沉淀原理

其原理是Fe2++2Fe3++8OH-→Fe3O4+4H2O。具體如右圖。

沉淀法制備納米粒子時(shí)，F(xiàn)e2+、Fe3+的摩爾比直接影響產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)；溶液的pH值、離子濃度、反應(yīng)溫度等均影響微粒的尺寸大小。如何通過控制反應(yīng)條件制備晶體結(jié)構(gòu)單一、顆粒尺寸均勻的納米顆粒是沉淀法所面臨的主要問題。外沉淀劑的過濾、洗滌也是必須考慮的問題。

共沉淀法得到的四氧化三鐵納米粒子多為球形結(jié)構(gòu)，粒徑較小(5～10nm)。但由于該反應(yīng)的溫度比較低，所以得到的粒子的結(jié)晶性相對較差。而且，該法制備的納米Fe3O4微粒沉淀在洗滌、過濾和干燥時(shí)顆粒間易發(fā)生團(tuán)聚，會(huì)影響納米Fe3O4的性能。

(2) 水解沉淀法

水解沉淀法就是利用堿性物質(zhì)的水解釋放OH-，常用的堿性物質(zhì)有尿素、己二胺等，這些物質(zhì)釋放OH-的速度比較慢，在制備納米Fe3O4微粒時(shí)有利于生成顆粒均勻的納米顆粒，通常這種方法能制備出顆粒分布在7nm到39nm的納米顆粒。

(3) 超聲沉淀法

超聲能在溶劑中產(chǎn)生空化效應(yīng)，產(chǎn)生的空化氣泡在10～11秒的極短時(shí)間內(nèi)塌陷，泡內(nèi)產(chǎn)生5000K左右的高溫。該系列空化作用與傳統(tǒng)攪拌技術(shù)相比更容易實(shí)現(xiàn)介觀均勻混合，消除局部濃度不均，提高反應(yīng)速度，刺激新相的形成，而且對團(tuán)聚還可以起到剪切作用，有利于微小顆粒的形成。超聲波技術(shù)的應(yīng)用對體系的性質(zhì)沒有特殊的要求，只要有傳輸能量的液體介質(zhì)即可。Vijayakumar.R等用高強(qiáng)度超聲波的輻射，從乙酸鐵鹽水溶液制得粒徑為10nm，具有超順磁性的Fe3O4顆粒。

(4) 醇鹽水解法

利用醋酸鈉在水中電離生成醋酸根的還原作用，在高壓反應(yīng)釜中180℃左右將Fe部分還原Fe，Yonghui Deng等用FeCl?醋酸鈉和乙二醇在高壓反應(yīng)釜中加熱200℃8h即制得了具有超順磁性的Fe3O4納米顆粒。

(5) 螯合物分解法

該法原理是金屬離子與適當(dāng)?shù)呐潴w形成常溫穩(wěn)定的絡(luò)合物，在適宜的溫度和pH值時(shí)絡(luò)合物被破壞，金屬離子重新釋放出來與溶液中的OH-離子及外加沉淀劑、氧化劑作用生成不同價(jià)態(tài)不溶性的金屬氧化物、氫氧化物、鹽等沉淀物，進(jìn)一步處理可得一定粒徑甚至一定形態(tài)的納米粒子。

2、水熱（溶劑熱）法

水熱（溶劑熱）反應(yīng)是高溫高壓下在水溶液（有機(jī)溶劑）或蒸氣等流體中進(jìn)行的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱法是近十余年發(fā)展起來的一種制備納米粉體的合成，用此法所制備的Fe3O4粒徑小、粒度較均勻、不需要高溫煅燒預(yù)處理，并可實(shí)現(xiàn)多價(jià)離子的摻雜。然而，由于水熱法要求使用耐高溫、高壓的設(shè)備，因而此法成本較高，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

水熱法制備納米Fe3O4大多采用無機(jī)鐵鹽(FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、FeSO4)和有機(jī)鐵鹽(二茂鐵Fe(C5H5)2)作為先驅(qū)體，以聯(lián)氨、聚乙烯基乙二醇、PVP等作為表面活性劑,在低于200℃的堿性溶液條件下合成。

Shouheng Sun用水熱方法制備了粒徑可控的超順磁性Fe3O4顆粒。首先以Fe(acac)3為Fe源制備粒徑為4nm的Fe3O4顆粒，然后以粒徑為4nm的Fe3O4顆粒為晶種，通過控制保溫時(shí)間等因素分別制備了粒徑分別為6、8、12、16nm的Fe3O4納米顆粒。

Zhen Li等報(bào)道了采用常見的FeCl3·H2O替代價(jià)格昂貴的Fe(acac)3作為前驅(qū)體，制備了Fe3O4納米顆粒。

Yadong Li等報(bào)道了以FeCl3·6H2O、NaAC、EG、PEG為原料制備了單分散性的Fe3O4納米顆粒，且粒徑尺寸可調(diào)。

3、微乳化法

微乳化法是指兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，也就是雙親分子將連續(xù)介質(zhì)分割成微小空間而形成微型反應(yīng)器，反應(yīng)物在其中反應(yīng)生成固相，由于成核、晶體生長、聚結(jié)、團(tuán)聚等過程受到微反應(yīng)器的限制，從而形成包裹有一層表面活性劑并且有一定凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和形態(tài)的納米顆粒。

微乳液法制備納米催化劑，具有所需設(shè)備簡單、實(shí)驗(yàn)條件溫和、粒子尺寸可控等優(yōu)點(diǎn)，這是其它方法所不能比擬的。因此，成為納米催化劑合成中令人十分關(guān)注的技術(shù)。關(guān)于微乳液法制備納米催化劑方法的研究多集中于對粒子尺寸的控制上，關(guān)于對粒子單分散性的控制研究還比較少。

4、溶膠-凝膠法（sol-gel）

該法是利用金屬醇鹽的水解和聚合反應(yīng)制備金屬氧化物或金屬氫氧化物的均勻溶膠，再濃縮成透明凝膠，凝膠經(jīng)干燥熱處理后制得氧化物超微粉的。Sol-gel方法的缺點(diǎn)是采用金屬醇鹽作為原料致使成本偏高，且凝膠化過程合成周期長。同時(shí)，應(yīng)用sol-gel法制備粒徑100nm以下的納米顆粒還未見報(bào)道。

此外，其它制備方法如微波法、熱解羰基前軀體法、超聲法、空氣氧化法、熱解-還原法、多元醇還原法等相繼有報(bào)道。

海巖冰等用FeSO4溶液加入氨水溶液在微波爐中8s即得到黑色的Fe3O4納米顆粒。Alivasatos等用熱解羰基前軀體法制備出了單分散的γ-Fe3O4納米粒子，此后該法在制備單分散的磁性氧化物納米粒子中得到了廣泛的應(yīng)用。Liu等采用多元醇還原法，利用乙酰丙酮亞鐵和乙酰丙酮合鉑在高溫液相中的還原反應(yīng)制取了直徑為3nm的FePt磁性納米粒子，該粒子在表面活性劑的保護(hù)下呈現(xiàn)單分散狀態(tài)。孟哲等人在室溫下pH=10左右的環(huán)境中采用氧化誘導(dǎo)、空氣氧化Fe(OH)2懸浮液成功制備出高純度、磁性強(qiáng)、球形分布的Fe3O4超細(xì)粉體。