具有纳米效应的钴氧基磁性复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于纳米材料领域，涉及一种具有纳米效应的钴氧基磁性复合材料的制备方法。本发明专利技术提出的制备方法是将苯胺、硝酸钴、过硫酸铵、醋酸亚铁以及卟啉复合，得钴基复合材料，再将钴基复合材料制备成聚乙烯醇钴基复合凝胶，然后用逐步升温的方法，将钴基复合凝胶转化成钴氧基磁性复合材料。本发明专利技术的制备方法与现有文献相比，有更好的技术效果，所制备的钴氧基磁性复合材料的饱和磁化强度达161emu/g，为常规氧化钴的6倍以上，显现出磁性纳米效应。

【技术实现步骤摘要】
具有纳米效应的钴氧基磁性复合材料的制备方法
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种具有纳米效应的钴氧基磁性复合材料的制备方法。
技术介绍
纳米材料，一般是指具有纳米量级(1-100nm)的晶态或非晶态超微粒构成的固体物质或由它们作为基本单位构成的材料。其广义是指在三维空间中的微观结构，至少有一维方向上处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。根据它的维数，纳米材料的基本单元可分为以下几类：(1)零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒、纳米粉和原子团簇等；(2)一维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管等；(3)二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如纳米片、纳米薄膜等；(4)三维，指纳米块体，纳米介孔材料等。纳米材料能够产生四大效应——小尺寸效应、表面与晃面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。因此它具有一般传统材料所不具有的物理化学性质，因此它能产生许多独特的光、电、磁、热和化学性质。氧化钴(Co2Oa)是钴的高价氧化物，理论含钴量为71.06％，含氧量为28.94％，密度为6.079/cm3。它是一种黑色无定形粉末，加热时会生成四氧化三钴(Co3O4)。氧化钴是一种不稳定，也不可能呈游离状态的化合物。通常所指的氧化钴实际上仍含有一定数量的四氧化三钴。Co2O3只有呈水化状态时才稳定，而这种水化物在265℃下会脱水转变成中间氧化物四氧化三钴。氧化钴纳米材料已成为当前纳米科技领域的重要材料之一，有着非常广泛的工业应用价值。它的催化性质、超级电容性质和磁性质已被广泛研究，但如何通过简单有效的方法获得具有优异性能的氧化钴纳米材料仍然具有很大的研究意义。科学家们已经制备出各种形貌和尺寸的氧化钻纳米结构，但它们的生长机制和对应的性质并没有完全被揭示出来，而且许多性质(如磁性质)的内在机理也没有被完全理解。阿斯叶古丽.吾布力卡丝木等：采用水热法制备了掺杂稀土元素镨(Pr)的铁氧化钴CoPrxFe2-xO4(x＝0.0、0.01、0.025、0.05、0.075、0.1)纳米颗粒.实验结果表明制备出来的样品是立方体结构的纳米颗粒，当掺杂量0＜x≤0.1的时候Pr3+离子成功的能掺杂到CoFe2O4晶格内，但掺杂量x>0.1时出现杂峰.随着掺杂量从0增加到0.1时，样品的平均晶格尺寸从34nm减小到15nm，饱和磁化强度(Ms)从78emu/g单调减小至36emu/g，矫顽力从10080e降低到6680e(新疆大学学报(自然科学版)，2013，30：313-318)。与现有文献相比，本专利技术要解决的技术问题不仅是制备更高磁性的钴氧基纳米材料，而是以组分及制备工艺来调控、制备磁性复合材料，利用复合材料中各组分间的协同效应，实现磁性复合材料纳米效应的可控、精准显现。
技术实现思路
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种具有纳米效应的钴氧基磁性复合材料的制备方法。本专利技术提出的制备方法是将苯胺、硝酸钴、过硫酸铵、醋酸亚铁以及卟啉复合，得钴基复合材料，再将钴基复合材料制备成聚乙烯醇钴基复合凝胶，然后用逐步升温的方法，将钴基复合凝胶转化成钴氧基磁性复合材料。本专利技术的制备方法具有如下特点：(1)与一般文献所解决的技术问题不同，本专利技术着重于通过组分及制备工艺来调控钴氧基磁性复合材料的尺寸及磁性纳米效应；(2)本专利技术获得的磁性纳米效应不是显而易见的，一旦组分或制备工艺改变，则磁性纳米效应消失，即在如何获得磁性纳米效应上，现有文献无法从理论或实验上给本专利技术以启示；(3)与现有文献相比，本专利技术有更好的技术效果，所制备的钴氧基磁性复合材料的饱和磁化强度达161emu/g，而常规CoFe2O4的饱和磁化强度为78emu/g，显现出磁性纳米效应。本专利技术提出的一种具有纳米效应的钴氧基磁性复合材料的制备方法，其特征在于制备工艺如下：(1)钴基复合材料制备：室温下将苯胺与摩尔浓度为1M的硫酸混合，苯胺与硫酸的摩尔比为1∶10，搅拌10分钟；再加入硝酸钴，苯胺与硝酸钴的摩尔比为1∶1.5，搅拌20分钟；再加入卟啉，苯胺与卟啉的摩尔比为1∶1，搅拌20分钟；然后冷却至0℃，滴加摩尔浓度为1M的过硫酸铵溶液，苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶1，继续搅拌2小时；再滴加摩尔浓度为0.1M的醋酸亚铁溶液，苯胺与醋酸亚铁的摩尔比为10∶1，继续搅拌2小时；然后在0℃静置24小时，抽滤，固体用蒸馏水洗涤、再抽滤，反复洗涤、抽滤4次，至滤液为中性，固体放置烘箱中，于120℃加热3小时，得钴基复合材料。(2)钴基复合凝胶制备：将钴基复合材料研磨成100-120目的颗粒，加入蒸馏水，钴基复合材料与蒸馏水的质量比为1∶10，搅拌20分钟；再加热至90℃，加入硼酸，硼酸与蒸馏水的质量比为1∶100，搅拌10分钟；再加入聚乙烯醇，聚乙烯醇与蒸馏水的质量比为1∶10，继续搅拌2小时，然后冷却至25℃，得钴基复合凝胶。(3)钴氧基磁性复合材料制备：将钴基复合凝胶放置于马弗炉中，加热至100℃，维持2小时；再加热至250℃，维持2小时；再加热至400℃，维持1小时；再加热至700℃，维持1小时；然后加热至850℃，维持1小时，冷却，得钴氧基磁性复合材料，用透射电镜观测磁性复合材料的平均粒径为96nm，用振动样品磁强计(VSM)测得钴氧基磁性复合材料的饱和磁化强度为161emu/g。如果不采用逐步升温的方法，本专利技术还提供如下技术方案作为对比：(1)钴基复合材料制备：室温下将苯胺与摩尔浓度为1M的硫酸混合，苯胺与硫酸的摩尔比为1∶10，搅拌10分钟；再加入硝酸钴，苯胺与硝酸钴的摩尔比为1∶1.5，搅拌20分钟；再加入卟啉，苯胺与卟啉的摩尔比为1∶1，搅拌20分钟；然后冷却至0℃，滴加摩尔浓度为1M的过硫酸铵溶液，苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶1，继续搅拌2小时；再滴加摩尔浓度为0.1M的醋酸亚铁溶液，苯胺与醋酸亚铁的摩尔比为10∶1，继续搅拌2小时；然后在0℃静置24小时，抽滤，固体用蒸馏水洗涤、再抽滤，反复洗涤、抽滤4次，至滤液为中性，固体放置烘箱中，于120℃加热3小时，得钴基复合材料。(2)钴基复合凝胶制备：将钴基复合材料研磨成100-120目的颗粒，加入蒸馏水，钴基复合材料与蒸馏水的质量比为1∶10，搅拌20分钟；再加热至90℃，加入硼酸，硼酸与蒸馏水的质量比为1∶100，搅拌10分钟；再加入聚乙烯醇，聚乙烯醇与蒸馏水的质量比为1∶10，继续搅拌2小时，然后冷却至25℃，得钴基复合凝胶。(3)钴氧基磁性复合材料制备：将钴基复合凝胶放置于马弗炉中，加热至850℃，维持7小时，冷却，得钴氧基磁性复合材料，用透射电镜观测磁性复合材料的平均粒径为36nm，用振动样品磁强计(VsM)测得钴氧基磁性复合材料的饱和磁化强度为56emu/g。如果不制备成钴基复合凝胶，本专利技术还提供如下技术方案作为对比：(1)钴基复合材料制备：室温下将苯胺与摩尔浓度为1M的硫酸混合，苯胺与硫酸的摩尔比为1∶10，搅拌10分钟；再加入硝酸钴，苯胺与硝酸钴的摩尔比为1∶1.5，搅拌20分钟；再加入卟啉，苯胺与卟啉的摩尔比为1∶1，搅拌20分钟；然后冷却至0℃，滴加摩尔浓度为1M的过硫酸铵溶液，苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶1，继续搅拌2小时；再滴加摩尔浓度为0.1M的醋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有纳米效应的钴氧基磁性复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：(1)钴基复合材料制备：室温下将苯胺与摩尔浓度为1M的硫酸混合，苯胺与硫酸的摩尔比为1∶10，搅拌10分钟；再加入硝酸钴，苯胺与硝酸钴的摩尔比为1∶1.5，搅拌20分钟；再加入卟啉，苯胺与卟啉的摩尔比为1∶1，搅拌20分钟；然后冷却至0℃，滴加摩尔浓度为1M的过硫酸铵溶液，苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶1，继续搅拌2小时；再滴加摩尔浓度为0.1M的醋酸亚铁溶液，苯胺与醋酸亚铁的摩尔比为10∶1，继续搅拌2小时；然后在0℃静置24小时，抽滤，固体用蒸馏水洗涤、再抽滤，反复洗涤、抽滤4次，至滤液为中性，固体放置烘箱中，于120℃加热3小时，得钴基复合材料；(2)钴基复合凝胶制备：将钴基复合材料研磨成100‑120目的颗粒，加入蒸馏水，钴基复合材料与蒸馏水的质量比为1∶10，搅拌20分钟；再加热至90℃，加入硼酸，硼酸与蒸馏水的质量比为1∶100，搅拌10分钟；再加入聚乙烯醇，聚乙烯醇与蒸馏水的质量比为1∶10，继续搅拌2小时，然后冷却至25℃，得钴基复合凝胶；(3)钴氧基磁性复合材料制备：将钴基复合凝胶放置于马弗炉中，加热至100℃，维持2小时；再加热至250℃，维持2小时；再加热至400℃，维持1小时；再加热至700℃，维持1小时；然后加热至850℃，维持1小时，冷却，得钴氧基磁性复合材料，用透射电镜观测磁性复合材料的平均粒径，用振动样品磁强计(VSM)测得钴氧基磁性复合材料的饱和磁化强度。...

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米效应的钴氧基磁性复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：(1)钴基复合材料制备：室温下将苯胺与摩尔浓度为1M的硫酸混合，苯胺与硫酸的摩尔比为1∶10，搅拌10分钟；再加入硝酸钴，苯胺与硝酸钴的摩尔比为1∶1.5，搅拌20分钟；再加入卟啉，苯胺与卟啉的摩尔比为1∶1，搅拌20分钟；然后冷却至0℃，滴加摩尔浓度为1M的过硫酸铵溶液，苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶1，继续搅拌2小时；再滴加摩尔浓度为0.1M的醋酸亚铁溶液，苯胺与醋酸亚铁的摩尔比为10∶1，继续搅拌2小时；然后在0℃静置24小时，抽滤，固体用蒸馏水洗涤、再抽滤，反复洗涤、抽滤4次，至滤液为中性，固体放置烘箱中，于120℃加热3小时，得钴基复合材料；(2)钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝碧健，
申请(专利权)人：太仓碧奇新材料研发有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32