Co，Ni，FeCo，GdCo5纳米胶囊原位自组装纳米链及其制备制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种新型吸波材料与偏置材料及其制备方法，该种材料是由纳米级Co@CoO，Ni@NiO，FeCo@Fe3O4与GdCo5@Gd2O3纳米胶囊在制备原位状态下通过偶极相互作用，自组装形成的纳米链。这四种纳米链直径小于100nm，长度大于2μm，在室温下具有较大矫顽力与交换偏置场，在整个2-18GHz频段内，具有非常大的介电常数与损耗因子，这使该种材料能够成为一种新型磁记录器件所需材料，或者在2-18GHz频段内的电磁波吸收的纳米吸波材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料领域，涉及Co@CoO纳米胶囊(CoO包裹Co)，Ni@NiO纳米胶囊(NiO包裹Ni)，FeCo@Fe3O4纳米胶囊(Fe3O4包裹FeCo)与GdCo5@Gd2O3纳米胶囊(Gd2O3包裹GdCo5)。利用物理方法，在原位状态下，各自分别自组装生成具有直径100nm以下，长度2μm以上的纳米链的磁记录材料或吸波材料，并提供了一种在氩气，氢气气氛中制备纳米链的方法。
技术介绍
随着信息产业的发展，对磁记录器件的尺寸要求越来越小，因此对磁记录器件中磁记录读头的尺寸与性能也要求越来越高，另一方面随着各种电子设备，特别是高频电子设备，在现代通讯中已使用3GHz与4GHz的电磁波，这些设备为人们提供更多方便的同时，也造成了大量的电磁污染。同时，在国防安全方面，由于对隐形飞机的需求量持续增加，导致对隐形飞机的隐形能力提出更高的要求，而侦察隐形飞机的雷达的电磁波频也在2-18GHz范围。因此，近年来，需要具有更高磁性性或者吸收更高频率电磁波的吸波材料，而磁性纳米材料作为新一代功能材料，在磁记录与吸波材料(隐身材料)应用中越来越广泛，因此开发更多新型纳米磁性材料成为材料研究日益迫切要求。由于一维结构的磁性纳米材料，在一维长度上可以接近电磁波的波长，而另两个维度仍处于纳米级别，因此适于作为 新一代吸波材料。另一方面，一维磁纳米结构在电子器件中高矫顽力与交换偏置功能中也有很广泛的应用，特别是适合于作为微型磁记录器件的元件。早期科学家都是采用化学法制备一维纳米链结构，这需要先制备纳米颗粒，再在磁场诱导下生产纳米链，因此制备得到纳米链产量较低，只有几十毫克，对于化学法制备纳米链简介如下：专利CN102502873A公开了采用溶剂热法制备的以单分散高磁响应性Fe3O4为核，以丙烯酸类单体为功能单体，通过磁场诱导自组装，在沉淀聚合过程中制备出了表面洁净、永久链接的一维磁性纳米链，一维磁性纳米链链长为2～14μm。专利CN101026030公开了将含有磁性金属离子的水溶液加入亲水性聚合物的水溶液中，磁性金属离子与亲水性聚合物的重量比为10-100:1，调整溶液的pH值为9-11，加入水合肼，将溶液转入到密闭条件下，在150-180℃保温不小于10小时，分离干燥即可，用该专利技术所制备的磁性纳米链与生物活性分子反应，生成具有生物活性的磁性纳米链。专利CN101885513A公开了将四氧化三铁纳米晶簇置于无水乙醇和四氢呋喃混合溶液内并进行超声分散，然后依次加入HCCP和BPS并进一步超声分散，最后加入三乙胺，经过室温反应后制备得到环交联型聚磷腈包裹的一维四氧化三铁磁性纳米链。而早期的吸波磁性纳米材料包括许多纳米复合材料简介如下：专利200810070597.1公开了核-壳型轻质宽频复合吸波材料及其制备方法，该复合吸波材料由羰基铁粉(CIP)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚苯 胺(PANI)和石蜡组成，其中CIP、PMMA和PANI形成双层包覆核-壳型结构，然后与石蜡混合制成轻质宽频复合吸波材料。专利200610018278.7公开了氧化锌吸波材料及其制备工艺，将锌粉与碳质还原剂，经配料及混匀，在气压保持0.1-0.2Pa的条件下通入空气，加热至900-1200摄氏度、反应5-200分钟即可得到氧化锌吸波材料，该氧化锌吸波材料的堆积密度0.02-0.20克/立方厘米，比表面积为80-100平方米/克。专利00135713.1公开了一种防电磁辐射的吸波材料。其特点是一种由分子筛基微粉和银粉混合而成的组合物，它可以在其中加入高分子粘结剂作为涂层材料使用，也可以与制造防电磁辐射部件的原料混合使用。上述磁性一维磁性纳米链，主要由化学合成法制备，产量上达不到实用技术的要求，因此需要开发一种可以制备大量纳米链的制备方法。同时上述纳米材料通常以分散的颗粒或碳管形式存在，因此不能高效吸收波长为厘米或微米的电磁波的要求，因此急需一种高效吸波材料，另一方面分散的纳米颗粒也不利用微型器件的组装与操作，因此也急需一种具有较高矫顽力与交换偏置场的一纳磁性纳米材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型吸波材料与偏置材料及其物理制备方法与材料体系，该种材料是由纳米级Co@CoO，Ni@NiO，FeCo@Fe3O4与GdCo5@Gd2O3纳米胶囊在制备原位状态下通过偶极相互作用，自组装形成的纳米链。这四种纳米链直径小于100nm，长度大于2μm，在室温下具有较大矫顽力与交换偏置场，在整个2-18GHz频段内，具有非常大的介电 常数与损耗因子，这使该材料能够成为一种新型磁记录器件所需材料，或者在2-18GHz频段内的电磁波吸收的纳米吸波材料。本专利技术具体提供了一种由磁性纳胶囊自组装形成的磁性纳米链，其特征在于：所述磁性纳米链是由Co@CoO，Ni@NiO，FeCo@Fe3O4与GdCo5@Gd2O3纳米胶囊各自在一维方向上自组装构成的一维纳米链。这四种纳米链在空气中稳定存在并可直接使用。Co@CoO，Ni@NiO，FeCo@Fe3O4与GdCo5@Gd2O3纳米胶囊具有典型的壳核构型，内核分别为Co，Ni，FeCo，GdCo5，外壳分别为CoO，NiO，Fe3O4，Gd2O3。上述四种纳米胶囊粒径分布为(10-300nm)。本专利技术提供的Co@CoO，Ni@NiO，FeCo@Fe3O4与GdCo5@Gd2O3磁性纳米链，其特征在于：所述纳米链直径小于100nm，长度在2-5μm。本专利技术还提供了所述Co@CoO，Ni@NiO，FeCo@Fe3O4与GdCo5@Gd2O3纳米链的制备方法，其特征在于：所述纳米链是利用高温等离子体电弧放电技术，在工作气体下原位制备得到的；其中：采用纯金属钨电极为阴极，纯金属Co，Ni，Fe-Co与Gd-Co合金分别为阳极靶材，阴极金属钨与阳极之间保持2-3mm距离；电弧放电的电流为10～350A，电压为5～40V；电弧保持时间为0-300分钟，所用工作气体为氩气和氢气，其中氢气能更好的提供促进金属阳极蒸发的物质。本专利技术采用的阴极优选为纯度高于99.9％的纯金属钨电极；阳极靶材中，Fe-Co合金为FexCo100-x，x＝5-60，制备FeCo纳米链的最佳阳极靶材合金成分为Fe50Co50；稀土金属与磁性过渡金属Co的合金为GdyCo100-y(y＝30-80)，制备GdCo5纳米链的最佳阳极靶材合金成分为Gd40Co60。所 用消耗阳极置于水冷铜台上，水冷铜台温度在11摄氏度以下。本专利技术采用等离子体电弧放电技术，电弧产生很高的温度，同时等离子体将使反应气体中氢气分解后，氢原子溶入到液化的阳极熔池中，在蒸发过程中，促进阳极金属原子及原子团簇大量蒸发，这些原子及团簇在离开高温区形成纳米颗粒后，由于磁偶极相互作用，相互自组装后形成一维纳米链，在随后钝化过程中(即电弧放电结束后，向腔体中通入氩气与空气，使纳米链慢慢氧化)，这些纳米链表面形成氧化保护层，形成胶囊构型。用该方法可以原位、大量、稳定获得由Co@CoO，Ni@NiO，FeCo@Fe3O4与GdCo5@Gd2O3纳米胶囊自组装构成纳米链。本专利技术所述纳米链的制备方法，其特征在于：优选氩气的分压为5-60kPa，氢气的分压为10-40kPa。本专利技术所述纳米链的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由纳米胶囊原位自组装形成的纳米链，其特征在于：所述纳米胶囊为纳米级球形的Co,Ni，FeCo或GdCo5核壳构型。

【技术特征摘要】
1.一种由纳米胶囊原位自组装形成的纳米链，其特征在于：所述纳米胶囊为纳米级球形的Co,Ni，FeCo或GdCo5核壳构型。2.按照权利要求1所述由纳米胶囊原位自组装形成的纳米链，其特征在于：Co,Ni，FeCo，GdCo5纳米胶囊具有典型的壳核构型，内核分别为Co，Ni，FeCo，GdCo5，外壳分别为CoO，NiO，Fe3O4，Gd2O3。3.一种权利要求1所述纳米链的制备方法，其特征在于：所述纳米链是利用高温等离子体电弧放电技术，在工作气体下原位制备得到的；其中：采用纯金属钨电极为阴极，纯金属Co，纯金属Ni，Fe-Co与Gd-Co合金为阳极靶材，阴极与阳极靶材之间保持2-3mm的距离；电弧放电的电流为10～350A，电压为5～40V；电弧保持时间为0-300分钟，所用工作气体为氩气和氢气。4.按照权利要求3所述纳米链的制备方法，其特征在于：氩气的分压为5-60kPa，氢气的分压为10-40kPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瀚，马嵩，李军，代莹莹，耿殿禹，刘伟，颜晨晖，魏锋，张志东，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21