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一种纳米磁性材料的制备方法技术

技术编号:18836626 阅读:238 留言:0更新日期:2018-09-05 06:50
本发明专利技术涉及一种纳米磁性材料的制备方法。该发明专利技术以三维孔道结构SBA‑15为模板,运用纳米复制技术合成高度分散有序的CoxFe2‑xO3/SBA‑15;通入氢气,在300~400℃还原4‑20h,以重新获得铁纳米线;通入氨气,在120~200℃氮化1~30h,经去模板得到完全有序的CoxFe16‑xN2纳米阵列。该方法通过SBA‑15将相邻的CoyFe16‑y纳米线分割开来,磁性纳米线相互之间不存在团聚,利于氮化过程氮原子的扩散;同时,相比较于Fe16N2纳米线磁体,CoxFe16‑xN2具有更高的矫顽力和居里温度。

Preparation method of nano magnetic material

The invention relates to a preparation method of nanometer magnetic material. The invention synthesizes highly dispersed and ordered CoxFe2_xO3/SBA_15 using three-dimensional pore structure SBA_15 as template by nano-replication technology, and through hydrogen, reduces iron nanowires at 300-400 . In this method, the adjacent CoxFe16_y nanowires are separated by SBA_15, and there is no agglomeration between the magnetic nanowires, which is conducive to the diffusion of nitrogen atoms in the nitriding process. At the same time, CoxFe16_xN2 nanowire magnets have higher coercivity and Curie temperature than Fe16N2 nanowire magnets.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米磁性材料的制备方法
本专利技术涉及一种纳米磁性材料的制备方法,属于材料制备领域。
技术介绍
稀土永磁材料日益增长的需求带来极大的资源、环境和成本压力,开发新型零稀土永磁材料成为研究热点。其中,具有体心四方结构的亚稳态铁氮化合物α''-Fe16N2由于具有超高的饱和磁化强度(4πMs>2.4T)与较大的磁晶各向异性值(Ku>1.0×107erg/cm3),理论最大磁能积值可达到100MGOe以上,且组成元素分布广泛、成本低,很有希望作为一种零稀土永磁材料得以应用。α''-Fe16N2相由Jack在1951年报道发现,由于α''-Fe16N2相是亚稳相,在214℃以上容易发生相分解成α-Fe和γ'-Fe4N。因此,文献中制得的α''-Fe16N2材料体系中大多还含有α-Fe和γ'-Fe4N等其他铁氮混合相。1972年,Kim和Takahashi研究组首次报道了α''-Fe16N2薄膜材料具有超高饱和磁化强度,其饱和磁化强度Ms约为280emu/g,高于已知的具有最高Ms值的35%Co-Fe软磁合金,这一令人振奋的研究结果由于其特殊的物理内涵和潜在的应用引起了很多关注。此后,许多的研究小组采用不同的制备方法对α''-Fe16N2薄膜材料进行较深入的研究,但是α''-Fe16N2的Ms值被报道从240emu/g到315emu/g不等,对于α''-Fe16N2材料的巨磁矩的真实性和来源引起了很多争议。Takahashi等认为α''-Fe16N2材料的巨磁矩的不统一性主要来源于对样品中α''-Fe16N2相的鉴定、对其体积分数的计算以及体系中其他铁氮相的磁矩大小等不确定因素。制备出单相的α''-Fe16N2材料,无论是对α''相磁性机制的理论研究还是实际应用,都具有非常重要的意义。单相α''-Fe16N2粉末的制备近年来引起人们关注。研究发现,在管式炉中采用氢气将原料纳米氧化铁还原为纳米α-Fe,然后通入氨气经氮化反应可以制备出纯度较高的α''-Fe16N2纳米粉末。但还原氮化制备方法中还原得到的纳米α-Fe因磁相互作用和高表面活性而极易发生团聚,这导致后续的氨气氮化过程中N原子无法与团聚的α-Fe充分接触、扩散,氮化反应不容易进行完全,难以获得高纯度α''-Fe16N2相。如何抑制纳米铁源的团聚,促进N原子的表面吸附和内部扩散,是获得单相高性能Fe16N2材料的关键和难点。日本Takahashi研究组利用还原氮化方法制备出α''-Fe16N2纳米粉末,其室温饱和磁化强度可达到225emu/g,其磁晶各向异性值(Ku)为9.6×106erg/cm3,剩磁和磁能积没有报道。该研究组的纳米氧化铁前驱体是用气相法制备的γ-Fe2O3粉末,制备方法相对复杂,具有一定的技术保密性。另一种途径是在纳米氧化铁前驱体外层包覆Al2O3、SiO2和C等形成核壳结构以降低颗粒间磁相互作用、抑制团聚,提高了产物中α''-Fe16N2相的含量。但是包覆过程中难以控制包覆产物的均匀性以及壳层的厚度,且包覆产物依然为纳米颗粒,因其高比表面积而发生的团聚现象依然无法根本消除。目前单相α''-Fe16N2纳米材料的研究已有了一些初步成果,超高饱和磁化强度的特性已被证实。但材料矫顽力距理论值仍有较大差距,这导致磁能积也远落后于理论值。另外,作为一种亚稳态铁氮化合物,α''-Fe16N2相在200℃以上易分解为低饱和磁化强度的新相。因此如何提高α''-Fe16N2纳米材料的矫顽力和热稳定性,也是实现α''-Fe16N2作为永磁材料应用的关键。过渡族金属Co为密排六方结构,具有平行C轴的单轴各向异性,因此具有比Fe更高的磁晶各向异性。同时Co原子间具有强交换作用,居里温度高。因此在合金中加入Co可望提高磁晶各向异性场和矫顽力,同时提高磁体的居里温度。目前国内外在这方面的报道还非常少。本专利技术以三维孔道结构SBA-15为模板,运用纳米复制技术合成高度分散有序的CoxFe2-xO3/SBA-15作为前驱体,经还原、氮化、去模板得到完全有序的CoxFe16-xN2纳米阵列。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以三维孔道结构SBA-15为模板获得CoxFe16-xN2纳米阵列的制备方法。本专利技术的具体步骤为:1)SBA-15合成将一定量P123、HCl、H2O混合在45℃恒温搅拌2h,而后加入TEOS并搅拌5min,在45℃静置24h;而后在烘箱中130℃晶化24h;用去离子水和无水乙醇冲洗至中性,80℃烘干得到白色粉末;在马弗炉中550℃煅烧6h,得到SBA-15;2)CoxFe2-xO3/SBA-15合成将SBA-15、Fe(NO3)·9H2O和Co(NO3)2·6H2O加入乙醇在45℃搅拌至干燥;加入正己烷作为分散剂继续搅拌至干燥;将干燥粉末置于马弗炉中550℃煅烧6h获得CoxFe2-xO3/SBA-15;3)还原步骤2)产物置于管式炉中,通入氢气,在300~400℃还原4-20h,以重新获得CoyFe1-y/SBA-15;4)氮化通入氨气,在120~200℃氮化1~30h;降温,随炉冷却至室温,取出样品,即可获得CoxFe16-xN2/SBA-15;5)去模板CoxFe16-xN2/SBA-15中加入NaOH,搅拌5h,离心,获得CoxFe16-xN2纳米线。本专利技术的优点在于:1、通过SBA-15的三维空间结构获得有序的CoxFe16-xN2纳米阵列;2、相邻的CoyFe16-y纳米线通过SBA-15相互分割开来,相互之间不存在团聚,利于氮化过程氮原子的扩散;3、相比较于Fe16N2纳米线磁体,CoxFe16-xN2具有更高的矫顽力和居里温度。附图说明图1是不同氮化时间的最终产物的XRD图谱;其中检测到了明显的Fe16N2峰,因为Co为微量取代掺杂,因此可以认为其即为CoxFe16-xN2相;图2是CoxFe16-xN2/SBA-15的透射电镜图;可以发现产物为有序的阵列状。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细描述,以便更好地理解本专利技术的目的、特点和优点。虽然本专利技术是结合该具体的实施例进行描述,但并不意味着本专利技术局限于所描述的具体实施例。相反,对可以包括在本专利技术权利要求中所限定的保护范围内的实施方式进行的替代、改进和等同的实施方式,都属于本专利技术的保护范围。对于未特别标注的工艺参数,可按常规技术进行。实施例1:步骤为:1)SBA-15合成将一定量P123、HCl、H2O混合在45℃恒温搅拌2h,而后加入TEOS并搅拌5min,在45℃静置24h;而后在烘箱中130℃晶化24h;用去离子水和无水乙醇冲洗至中性,80℃烘干得到白色粉末;在马弗炉中550℃煅烧6h,得到SBA-15;2)CoxFe2-xO3/SBA-15合成将SBA-15、Fe(NO3)·9H2O和Co(NO3)2·6H2O加入乙醇在45℃搅拌至干燥;加入正己烷作为分散剂继续搅拌至干燥;将干燥粉末置于马弗炉中550℃煅烧6h获得CoxFe2-xO3/SBA-15;3)还原步骤2)产物置于管式炉中,通入氢气,在300℃还原20h,以重新获得CoyFe1-y/SBA-15;4)氮化通入氨气,在120℃氮化30h;降温,随炉冷却至室温,取出样品,即本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种纳米磁性材料的制备方法,其特征在于具体步骤为:1)SBA‑15合成将一定量P123、HCl、H2O混合在45℃恒温搅拌2h,而后加入TEOS并搅拌5min,在45℃静置24h;而后在烘箱中130℃晶化24h;用去离子水和无水乙醇冲洗至中性,80℃烘干得到白色粉末;在马弗炉中550℃煅烧6h,得到SBA‑15;2)CoxFe2‑xO3/SBA‑15合成将SBA‑15、Fe(NO3)·9H2O和Co(NO3)2·6H2O加入乙醇在45℃搅拌至干燥;加入正己烷作为分散剂继续搅拌至干燥;将干燥粉末置于马弗炉中550℃煅烧6h获得 CoxFe2‑xO3/SBA‑15;3)还原步骤2)产物置于管式炉中,通入氢气,在300~400℃还原4‑20h,以重新获得CoyFe1‑y/SBA‑15;4)氮化通入氨气,在120~200℃氮化1~30h;降温,随炉冷却至室温,取出样品,即可获得CoxFe16‑xN2/SBA‑15;5)去模板CoxFe16‑xN2/SBA‑15中加入NaOH,搅拌5h,离心,获得CoxFe16‑xN2纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种纳米磁性材料的制备方法,其特征在于具体步骤为:1)SBA-15合成将一定量P123、HCl、H2O混合在45℃恒温搅拌2h,而后加入TEOS并搅拌5min,在45℃静置24h;而后在烘箱中130℃晶化24h;用去离子水和无水乙醇冲洗至中性,80℃烘干得到白色粉末;在马弗炉中550℃煅烧6h,得到SBA-15;2)CoxFe2-xO3/SBA-15合成将SBA-15、Fe(NO3)·9H2O和Co(NO3)2·6H2O加入乙醇在45℃搅拌至干燥;加入正己烷...

【专利技术属性】
技术研发人员:李静彭晓领杨艳婷徐靖才金红晓金顶峰洪波王新庆孙家阳葛铭辉于世彦常珈菘葛洪良
申请(专利权)人:彭晓领
类型:发明
国别省市:浙江,33

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