一种硬磁性液态金属膏体复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硬磁性液态金属膏体复合材料，所述的复合材料的基体为液态金属，所述液态金属的内部包裹着硬磁性纳米颗粒，所述的复合材料的饱和磁化强度为1.3‑10.0emu/g、矫顽力为2.2‑8.6kOe。此硬磁性液态金属膏体复合材料具有较强的矫顽力和磁饱和强度，且具有较高的化学稳定性。本发明专利技术还公开了一种硬磁性液态金属膏体复合材料的制备方法，包括：(1)将液态金属加入到反应容器中，加入惰性气体，调整反应容器的压力为0.2‑0.5MPa，搅拌0.5‑2h；(2)持续通入惰性气体，加入硬磁性纳米颗粒，搅拌，制得硬磁性液态金属膏体复合材料。此方法制备简单，且对环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种硬磁性液态金属膏体复合材料及其制备方法
本专利技术属于柔性电子学领域，具体涉及一种硬磁性液态金属膏体复合材料及其制备方法。
技术介绍
磁性液态金属膏体复合材料由于既具有磁性材料的良好磁响应性，又具有液态金属的流动性、高导热和导电性，在弹性导线、自修复电路和生物工程等领域具有重要应用价值。目前用于制备磁性液态金属膏体复合材料的磁性材料有软磁性的Fe、Ni、Gd微米颗粒，以及硬磁性NdFeB微米颗粒。专利号为CN109003773B公布了一种多功能液态金属，以液态金属为核心，液态金属带有磁性，液态金属表面没有薄膜。本专利技术还涉及一种多功能液态金属的制备方法，包括以下步骤：(1)提供一个基底，在基底上放置合金粉，将液态金属在合金粉上滚动，使得液态金属外均匀包裹合金粉，得到磁性液态金属；(2)将磁性液态金属加入盐酸进行处理，磁性液态金属表面形成有薄膜；(3)提供一个通道，通道内放置有电解质溶液；(4)将步骤(2)处理后的磁性液态金属放置在电解质溶液中，施加直流电源；(5)磁性液态金属冲破薄膜流出来，并且拖动薄膜向阴极运动，当磁性液态金属与薄膜分离时，关断直流电源。然而Fe、Ni、Gd和NdFeB微米颗粒容易氧化、化学性质不稳定；同时，Fe、Ni容易与液态金属发生化学反应形成间金属合金(Gd5Fe6)等，从而导致复合材料性质变质、稳定性降低。这就不仅使得复合材料失去液态金属固有的流动性和自修复功能，还降低了导电导热性质，限制了磁性液态金属膏体复合材料在柔性弹性电子器件、自修复机器人尤其是生物工程领域的应用。>为了充分利用磁性液态金属膏体的优异的磁响应性，以及液态金属的柔性可拉伸、自修复、高导电和导热性，制备一种化学性质稳定的磁性液态金属膏体复合材料尤为重要。同时，由于液态金属在空气中容易氧化，在其表面形成一层氧化镓层，阻碍磁性颗粒与液态金属的直接接触，从而磁性颗粒粘附在表面的氧化层上，降低了磁性颗粒与液态金属的浸润性。为了提高液态金属与磁性颗粒的浸润性，通常利用HCl稀溶液作为溶剂再经水洗、干燥过程，得到磁性液态金属膏体复合材料。利用HCl稀溶液可以去除液态金属表面的氧化物，防止液态金属在搅拌过程中的进一步氧化，但是通过去离子水洗涤HCl稀溶液使得制备过程比较复杂，增加制备成本，并且残余的HCl稀溶液对磁性颗粒具有腐蚀作用，降低了其磁性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种硬磁性液态金属膏体复合材料，所述的硬磁性液态金属具有较高的化学稳定性和较强硬磁性，且其制备方法简单，且对环境友好。一种硬磁性液态金属膏体复合材料，所述的复合材料的基体为液态金属，所述液态金属的内部包裹着硬磁性纳米颗粒，所述复合材料的饱和磁化强度为1.3-10.0emu/g、矫顽力为2.2-8.6kOe。所述的硬磁性液态金属表面形成致密的氧化膜，能够避免空气中的氧气和湿气进入液态金属内部氧化液态金属和硬磁性纳米颗粒，从而具有较高的导电性；所述的硬磁性纳米颗粒与液态金属具有较好浸润性，不与液态金属发生化学反应，从而所述的硬磁性液态金属具有良好的硬磁性能和化学稳定性。所述的液态金属和硬磁性纳米颗粒的质量比为99:1-70:30。磁性颗粒的含量直接影响液态金属的流动性和磁响应性，硬磁性纳米颗粒的含量过低时液态金属的流动性好而磁场响应能力弱，过高时液态金属的流动性降低而磁场响应能力增强。所述的硬磁性纳米颗粒的粒径为5-200nm。所述的液态金属为镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)、Ga-In合金、镓(Ga)中的一种或者多种。所述的硬磁性纳米材料为面心四方结构的铁铂(fct/L10-FePt)、铁钯(fct-FePd)和钴铂(fct-CoPt)中的一种或者多种。进一步优选，所述的硬磁性纳米材料为面心四方结构的铁铂(fct-FePt)。fct-FePt纳米颗粒优异的化学稳定性，不与液态金属反应，从而提高磁性液态金属的化学性质和结构的稳定性，铂金属与液态金属有良好的浸润性，所以铁铂合金与液态金属也有良好的浸润性。本专利技术还提供了一种硬磁性液态金属膏体复合材料的制备方法，包括：(1)将液态金属加入到反应容器中，加入惰性气体，调整反应容器的压力为0.2-0.5MPa，搅拌0.5-2h；(2)持续通入惰性气体，加入硬磁性纳米颗粒，搅拌，制得硬磁性液态金属膏体复合材料。步骤(1)通过惰性气体，能够排除反应容器中的空气和湿气，氮气进入液态金属中形成惰性气泡微孔，增强液态金属与磁性颗粒的结合强度，提高磁性液态金属膏体的结构稳定性。在合适的搅拌时间、速率和反应容器压力协同作用下，惰性气体进入到液态金属中，在液态金属内部流动形成微孔，使液体金属具有较高的表面能，在表面能与微孔毛细力协同作用下，使得硬磁性纳米颗粒紧密结合在液态金属内部，增强了与硬磁性纳米颗粒的结合能力；硬磁性纳米颗粒不与液态金属反应，从而所述的硬磁性液态金属膏体复合材料具有良好的硬磁性能和化学稳定性。硬磁性纳米材料具有高的磁晶各向异性能、极小的超顺磁极限尺寸、高的居里温度和优异的化学稳定性；高的居里温度可使其用于中高温度环境中，同时具有良好的硬磁性。步骤(1)中，所述的反应容器为多口瓶、惰性气体操作箱或手套箱。步骤(1)中，所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气中的一种或多种。步骤(1)中，所述的搅拌条件为：搅拌方式为磁力搅拌、机械搅拌中的一种或两种，搅拌时间为0.5-2h，搅拌速率为300-1000rpm。通过合适的搅拌时间、搅拌速率和反应容器的压力，使得fct-FePt纳米颗粒填充在所述的液态金属的微孔结构中，使得所述的硬磁性液态金属膏体复合材料具有良好的结构稳定性。步骤(1)中，制备温度为液态金属的熔点以上的温度。步骤(2)中，所述的搅拌条件为：搅拌方式为机械搅拌或磁力搅拌，搅拌时间为1-10h，搅拌速率为100-800rpm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)由于本专利技术提供的膏体复合材料中的硬磁性材料与液态金属本身不发生化学反应，防止了硬磁性材料被污染，使得本专利技术提供的膏体复合材料具有较高的矫顽力和磁饱和强度、以及良好的化学稳定性。(2)由于本专利技术提供的膏体复合材料间具有良好的浸润性，硬磁性铁铂颗粒进入到液态金属中，表面是液态金属层，阻止外界环境中的空气和湿气进入液态金属中，使得本专利技术提供的膏体复合材料具有较高的抗氧化性。(3)本专利技术提供的制备膏体复合材料的方法，没有使用盐酸等酸性溶液作为溶剂，避免水洗过程和干燥过程对环境的影响，制备方法简单。附图说明图1为本专利技术制备硬磁性液态金属膏体复合材料的流程图，其中a为反应装置，a中的1为反应器，2代表搅拌装置，3代表出气管，b为加入液态金属后的反应装置，b中的4代表进气管，5代表液态金属，c为加入磁性颗粒后的反应装置，c中的6代表硬磁性纳米颗粒，d为反应结束后的反应装置，d中的7代表硬磁性液态金属膏体复合材料；图2为本专利技术实施例1制备的硬磁性液态金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬磁性液态金属膏体复合材料，其特征在于，所述复合材料的基体为液态金属，所述液态金属的内部包裹着硬磁性纳米颗粒，所述复合材料的饱和磁化强度为1.3-10.0emu/g、矫顽力为2.2-8.6kOe。/n

【技术特征摘要】
1.一种硬磁性液态金属膏体复合材料，其特征在于，所述复合材料的基体为液态金属，所述液态金属的内部包裹着硬磁性纳米颗粒，所述复合材料的饱和磁化强度为1.3-10.0emu/g、矫顽力为2.2-8.6kOe。


2.根据权利要求1所述的硬磁性液态金属膏体复合材料，其特征在于，所述的液态金属和硬磁性纳米颗粒的质量比为1:99-70:30。


3.根据权利要求1所述的硬磁性液态金属膏体复合材料，其特征在于，所述的硬磁性纳米颗粒的粒径为5-200nm。


4.根据权利要求1所述的硬磁性液态金属膏体复合材料，其特征在于，所述的液态金属为镓、铟、锡、镓铟合金中的一种或者多种。


5.根据权利要求1所述的硬磁性液态金属膏体复合材料，其特征在于，所述的硬磁性纳米材料为面心四方结构的铁铂、铁钯或钴铂中的一种或者多种。


6.根据权利要求1-5任一项所述的硬磁性液态金属膏体复合材料的制备方法，包括：
(1)将液态金属加入到反应容...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷文娟，刘宜伟，李润伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33