磁性流体制造技术

本发明专利技术公开了一种磁性流体介质，其包括多种铁或亚铁磁性微粒，每一种微粒的最大尺寸不超过１００纳米，所述的微粒通过如下的方法制备：其包括在有机大分子壳内形成所述微粒的步骤。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁性流体介质(铁流体)，其包括分散在载流体中的纳米铁或亚铁磁性微粒的悬浮液。也公开了制备铁流体的方法。铁流体是纳米铁或亚铁磁性微粒在载流体中的稳定悬浮液。微粒足够小以致于热能可维持稳定的分散体。但是，到目前为止不论使用何种方法合成铁流体，该分散体总是多分散性质的(即具有相对宽的微粒尺寸范围)。术语“铁磁性”在现有技术中通常用来指含有“铁磁性”或“亚铁磁性”的材料。可利用本专利技术制备含有铁或亚铁磁性纳米微粒。根据本专利技术的第一个方面，提供一种含有多种铁或亚铁磁性微粒的磁性流体介质，每一个微粒的最大尺寸不超过100纳米，所述的微粒通过如下的方法制备其包括在有机大分子壳内形成所述微粒的步骤。优选铁或亚铁磁性微粒的最大尺寸不超过50纳米，更优选不超过15纳米。优选磁性流体介质是单分散的，对此我们指的是，流体中微粒最大尺寸的变化不超过约10％，优选不超过5％。通常，纳米微粒的形状大体上是球形，在这种情况下，最大尺寸指微粒的直径。在一些情况下，可以形成其它的微粒形态，在此种情况下，微粒的大小是指其最大的尺寸。通过微粒形成的方法，得到的每一个铁或亚铁磁性微粒起初至少部分地被装于有机大分子中。在一个实施方式中，本专利技术的磁性流体介质包括在有机大分子中形成仍然贮存于有机大分子中的微粒。在该实施方式中，有机大分子壳可被官能化(见以下描述)。在另一个实施方式中，可移去有机大分子的壳而剩下纳米微粒本身，而且在又一个实施方式中，有机大分子的壳可被碳化以提供包围纳米微粒核的碳层。术语大分子在本专利技术中指分子或分子的集合体，且分子量在1500kD以上，典型地小于500kD。大分子应具有容纳或至少部分容纳铁或亚铁磁性微粒的能力，因此包括能够容纳微粒的合适的空穴；这样的空穴通常被完全包封在大分子内。作为选择，大分子可包括合适的未被完全包围的通孔，但不过其具有接受和支撑磁性微粒的能力；例如，由大分子中的环隙所定义的通孔。可用于本专利技术合适的有机大分子是具有容纳纳米微粒合适的空穴或通孔的蛋白质。本专利技术优选脱铁铁蛋白质(其是一种铁蛋白，在铁蛋白中空穴是空的)。但其它合适的蛋白质包括例如，鞭毛L-P环和病毒体壳。所选的铁或亚铁磁性材料应是具有磁性有序能力的材料。它可以是金属、金属合金或M-型或尖晶石铁氧体。金属、金属合金或铁氧体可包括如下的一种或多种铝、钡、铋、铈、铬、钴、铜、镝、铒、铕、钆、钬、铁、镧、镥、锰、钼、钕、镍、铌、钯、铂、镨、钷、钐、锶、铽、铥、钛、钒、镱及钇。金属、金属合金或铁氧体优选包含如下的一种或多种钴、铁和镍。在本专利技术磁性流体介质的一个实施方式中，微粒要么被装入或要么被包封到有机大分子中，优选蛋白质壳，其可抑制聚集和氧化并能提供一种表面，该表面可被官能化以使其能分散在多种载流体中或附着到污染物。例如，可使表面官能化具有憎水性，因此允许分散在非极性的载流体中。另一个实例是用例如金属键合的配体使表面官能化，这样能够使介质用于从如废料中除去金属污染物的应用中。在该实施方式中，所选的铁或亚铁磁性材料优选金属，如钴、铁或镍；或金属合金；或M-型铁氧体。更优选铁或亚铁磁性材料为金属或金属合金。本专利技术最优选使用铁贮存蛋白、铁蛋白，其内部空穴用来制备纳米磁性微粒。铁蛋白的分子量为400kD。在整个活物种的铁新陈代谢中要利用铁蛋白，而且在其中可高度地保持它的结构。它由24个自组装的亚单位组成，可提供外径大约12纳米的空心壳。其具有直径8纳米的空穴，通常可贮存以顺磁水合氧化铁存在的4500个铁(III)原子。但可移去该水合氧化铁(缺乏水合氧化铁的铁蛋白称为“脱铁铁蛋白”)而引入其它的材料。在铁蛋白中的亚单位填充紧密；但在3-重或4-重轴方向有通向空穴的通道。本专利技术优选使用的大分子是脱铁铁蛋自质，其有直径8纳米大小的空穴。将要装入该蛋白质中的铁或亚铁磁性微粒的直径高达约15纳米，然而蛋白质能够伸张以容纳比直径8纳米大的微粒。铁蛋白天然存在于脊椎动物、无脊椎动物、植物、真菌、酵母菌和细菌中。其也可通过重组技术合成。这样的合成形式可与天然的形式相同，尽管有可能合成出变异的形式，但仍保留在其内部空穴中能容纳微粒的主要特征。预期铁蛋白所有的天然和合成的形式都可在本专利技术中使用。铁流体的载流体本身已为人们所知。载流体可以是极性或非极性的。典型的极性载流体包括水、低级醇例如乙醇，合成树酯。本专利技术优选水。可使用的典型的非极性载流体是有机溶剂，例如庚烷、二甲苯或甲苯，其它的烃类、聚乙二醇类、聚苯醚类、全氟聚醚类、硅杂烃类、卤烃类或苯乙烯。通过如下方法制备纳米微粒其中通常在含水介质中的有机大分子悬浮液，与包含纳米微粒或由纳米微粒组成的合适的金属(一种或多种)离子源结合。作为选择，但这是本专利技术较次的优选方式，金属离子源可存在于悬浮液中，向其中加入有机大分子源。有机大分子和金属离子混合后搅拌以保证其均化。如果纳米微粒包括元素金属，优选在惰性气氛下在悬浮液上进行还原，由此在有机大分子空穴内形成纳米金属微粒。如果纳米微粒是铁氧体，则通过进行氧化在有机大分子空穴中形成铁氧体纳米微粒。在加入金属离子(在每一个重复周期中所用的离子可以相同或不同)形成纳米微粒期间，还原/氧化步骤可重复进行。例如，通过渗析技术处理得到的悬浮液以除去没有装入到大分子中的微粒。如果必要，可分离已装入的纳米微粒，例如通过在希望的载流体介质中形成悬浮液前进行离心分离。在一些实施方式中，大分子的外壳可以被除去而剩下没有壳的纳米微粒。例如，如果壳是蛋白质，可以通过例如改变pH值而使其改变性质，这样通过例如渗析或离心从而除去已改性的蛋白质材料。在其他的实施方式中，外壳可被碳化以给微粒提供碳外壳。最优选，在悬浮液中通过激光高温分解而完成上述过程。但另一种分离微粒并使蛋白质外壳碳化的方法是，例如在希望的载流体中再悬浮微粒前，通过炉子内的加热而完成。在本专利技术的一个优选实施方式中，有机大分子是脱铁铁蛋白。在该优选实施方式中使用以下的方法。所述的方法首先从天然铁蛋白水溶液中除去水合氧化铁核，通过例如金属盐水溶液的硼氢化钠还原，铁或亚铁磁性有序的金属微粒可被引入到铁蛋白的空穴中，随后通过超速离心或磁分离而得到窄范围的尺寸分布，及微粒在载流体中的分散。金属合金核可由水溶性金属盐的硼氢化钠选择还原而在脱铁铁蛋白蛋白质内生成。其它的还原方法包括碳、一氧化碳、氢、水合肼或电化学。类似的反应可用来生成稀土/过渡金属合金。作为选择，可氧化合适的溶液以得到M-型或尖晶石铁氧体核。氧化可以是化学的或电化学的，目的是生成金属铁氧体。更详细地，使用铁蛋白质以包封铁或亚铁磁性微粒，其最大尺寸被铁蛋白8纳米的最大内径所限制(尽管如此，但其具有弯曲能力因而可容纳直径大到约15纳米的微粒)。首先通过移去水合氧化铁核而得到脱铁铁蛋白从而制备出微粒。其也可通过在氮气流中对已缓冲的乙酸钠溶液进行渗析而完成。使用例如巯基乙酸进行还原螯合作用可除去水合氧化铁核。随后对氯化钠溶液重复进行渗析以从溶液中完全除去已还原的水合氧化铁核。一旦生成脱铁铁蛋白，将以如下的方法引入磁性微粒。首先在脱铁铁蛋白的存在下还原金属盐溶液。所述的操作在惰性气氛中进行以保护金属微粒不被氧化(氧化会降低它们的磁性能)。金属盐溶液的组合物也能被还原而生成合金或前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有多种铁或亚铁磁性微粒的磁性流体介质，每一种微粒的最大尺寸不超过１００纳米，所述的微粒通过如下的方法制备：其包括在有机大分子壳内形成所述微粒的步骤。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克梅斯，
申请(专利权)人：纳磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]