一种湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法技术

本发明专利技术属于磁性纳米材料技术领域，具体涉及一种湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法。采用本发明专利技术中特定种类的表面活性剂在合适的反应条件下，可以使纳米粒子直接按照有序结构进行生长，长成纳米线后直接具有有序结构和高矫顽力，无需再进行高温有序化热处理。反应初期，金属前驱体还原形成团簇，然后长成纳米粒子。这些纳米粒子在表面活性剂的条件下，通过定向附着生长为纳米线。通过调整金属前驱体比例，调节产物化学成分；通过调整溶剂、表面活性剂与金属前驱体的比例、反应温度和时间控制产物的形貌和矫顽力。本发明专利技术通过湿化学法直接合成了高矫顽力的非贵金属纳米线，在较低合成温度下制备，操作简易，合成的非贵金属纳米线的矫顽力效果与高温退火制成的有序结构金属间化合物相近，但形貌为高温退火方法无法获得的一维形貌。法无法获得的一维形貌。法无法获得的一维形貌。

【技术实现步骤摘要】
一种湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法

：
[0001]本专利技术属于磁性纳米材料
，具体涉及一种湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法。

技术介绍
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[0002]高性能磁性纳米粒子由于具有特殊磁功能特性，是磁应用领域的关键功能材料和研究前沿。有序结构的FeCo、FeNi、MnAl、MnGa、MnBi等非贵金属间化合物，具有大的磁晶各向异性、高磁导率和高居里温度。该类材料不含贵金属、成本低，尤其是形貌为纳米线时，具有形状各向异性的一维纳米材料具有更高矫顽力和矩形比，包括尺寸相关的饱和磁化强度和形状控制的磁晶各向异性能。一维纳米材料具有明显的形状各向异性，从而导致独特的磁性能和催化性能。因此将非贵金属间化合物制备成一维纳米材料有望在高密度磁存储、微纳磁器件、磁热治疗、影像增强、DNA标定等领域具有广阔应用前景。
[0003]非贵金属纳米材料的性能和应用与结构紧密相连，因此要想其实用化，需要获得有序结构的非贵金属纳米线。通常获得有序结构的非贵金属纳米材料，需经高温有序化热处理，使原子在高温下迁移、扩散，形成不同原子的层间交替有序结构。但高温导致纳米材料球化、长大和团聚。目前湿化学法、模板法、电沉积法及水热法合成的非贵金属纳米线均是化学无序的fcc结构，获得的纳米线属于软磁材料，矫顽力低。为了获得高矫顽力，需要对其热处理，但如前文所述，热处理后纳米线球化，无法保持初始的一维形貌。也就是说高温无法制备出一维形貌和低温无法获得有序结构形成矛盾，如何直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线是困扰研究人员的瓶颈问题。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的是在于提供一种湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法。这样制备的纳米线直接就具备有序结构，不需要高温退火，同时也能能够保持一维的纳米结构。
[0005]本专利技术专利的构思如下：
[0006]一维纳米结构的形状各向异性会提高纳米材料的众多物理性能。然而，化学法难以直接合成非贵金属纳米线，这是由于在控制多元素组成的同时诱导各向异性生长相关的合成难题。因此，本专利技术使用线性烷基胺作为溶剂，在合成过程中特定种类的表面活性剂作为封端剂对不同的晶面具有优先吸附作用，优先吸附的晶面会聚集大量的表面活性剂，晶面能降低，生长速度变慢。非优先吸附晶面只有少量的表面活性剂，晶面能高，生长速度快，从而实现纳米晶粒的形貌和尺寸的控制，采用本专利技术中特定种类的表面活性剂在合适的反应条件下，可以使纳米粒子直接按照有序结构进行生长，长成纳米线后直接具有有序结构和高矫顽力，无需再进行高温有序化热处理。反应初期，金属前驱体还原形成团簇，然后长成纳米粒子。这些纳米粒子在表面活性剂的条件下，通过定向附着生长为纳米线。通过调整金属前驱体比例，调节产物化学成分；通过调整溶剂、表面活性剂与金属前驱体的比例、反
应温度和时间控制产物的形貌和矫顽力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用一种湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法，直接合成形貌均一，高矫顽力的非贵金属纳米线。首先将一定比例的金属前驱体、还原剂和加入溶剂中，机械搅拌均匀后进行除水，然后加入一定量的表面活性剂后，将混合溶液以缓慢的升温速率加热至一定温度下进行保温，最后将获得的黑色溶液通过氯仿和无水乙醇进行离心清洗，得到非贵金属纳米线。具体的，所述方法包括以下步骤：
[0008](1)按比例称量金属前驱体和还原剂，金属前驱体中的金属离子和还原剂的摩尔比优选1：(0.2～2)。其中，金属前驱体是能构成有序结构金属间化合物的两种非贵金属的金属源混合物，这类有序结构金属间化合物包括FeCo、FeNi、MnAl、MnGa、MnBi等，因此所述的金属前驱体可能是铁源和钴源混合物、铁源和镍源混合物、锰源和铝源混合物、锰源和镓源混合物或锰源和铋源混合物中的一种，金属前驱体，也就是两种金属源中，两种金属离子的摩尔比例优选为(0.1～1)：(0.1～1)，可以通过调整两种金属离子的摩尔比例调节产物化学成分。
[0009](2)将金属前驱体和还原剂加入溶剂中，形成混合溶液后，进行除水处理，按摩尔比，(金属前驱体中的金属离子+还原剂)：溶剂＝1：(10～40)。
[0010](3)按摩尔比，表面活性剂：溶剂＝1：(1～10)，向除水后混合溶液中加入表面活性剂，混合均匀后，加热至260～360℃，可以采用以1～10℃/min的升温速率加热。加热后保温30～300min，获得黑色混合溶液，冷却至室温。
[0011](4)对黑色混合溶液进行离心清洗，获得黑色粉末，即为所述高矫顽力非贵金属纳米线。
[0012]所述的步骤(1)中，铁源可为乙酰丙酮铁Fe(acac)3、氯化铁FeCl3、硫化铁Fe2(SO4)3或硝酸铁Fe(NO3)3的一种或几种，镍源可为乙酰丙酮铁Ni(acac)2，锰源可为乙酰丙酮铁Mn(acac)2，铝源可为乙酰丙酮铁Al(acac)3，镓源可为乙酰丙酮铁Ga(acac)3，铋源可为乙酰丙酮铁Bi(acac)3，钴源可为乙酰丙酮钴Co(acac)2、氯化钴CoCl2、硫酸钴CoSO4或硝酸钴Co(NO3)2的一种或几种。
[0013]所述的步骤(1)中，还原剂为1,2
‑
十六烷二醇C
16
H
34
O2、葡萄糖C6H
12
O6、抗坏血酸C6H8O6或硼氢化钠NaBH4的一种。
[0014]所述的步骤(2)中，溶剂为二十二胺C
22
H
47
N、十八胺C
18
H
39
N、十六胺C
16
H
35
N或三辛胺C
24
H
51
N的一种。在特定溶剂下，在纳米线的特定的生长环境下，辅助不同晶面吸附不同量表面活性剂，进而调控纳米线的生长方向，本专利技术所用的溶剂可以使纳米线向结构有序的方向生长。
[0015]所述的步骤(2)中，可以通过加热方式进行除水，加热温度为100～120℃，保温时间为30～60min，所述的加热操作在保护气氛下进行，保护气氛流量为10～60μl/min。保护气氛优选为95％Ar+5％H2、93％Ar+7％H2、高纯氩气Ar或高纯氮气N2的一种。上述气体百分比为体积比。
[0016]所述的步骤(3)中，表面活性剂为油胺OAm、油酸OA、十六烷基三甲基溴化铵CTAB、十六烷基三甲基氯化铵CTAC中的两种，二者优选按体积比(1～5)：(5～1)加入除水后的混合溶液。在纳米线的合成过程中，不同晶面可能吸附不同量表面活性剂，进而调控纳米线的生长方向，本专利技术所用的表面活性剂可以使纳米线向结构有序的方向生长。
[0017]所述的步骤(4)中，对黑色混合溶液进行离心清洗获得黑色粉末的方法为：
[0018]向黑色混合溶液产物中加入无水乙醇+氯仿的混合溶剂，进行离心分离，所述的混合溶剂中无水乙醇和氯仿的体积比为(1～5)：(5～1)，混合溶剂：黑色混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取金属前驱体和还原剂，所述金属前驱体是能构成有序结构金属间化合物的两种非贵金属的金属源混合物；(2)将金属前驱体和还原剂加入溶剂中，形成混合溶液后，进行除水处理；所述溶剂为二十二胺C
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H
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N、十八胺C
18
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N、十六胺C
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N或三辛胺C
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N的一种；(3)向除水后混合溶液中加入表面活性剂，混合均匀后，加热并定时恒温，获得黑色混合溶液，冷却至室温；所述表面活性剂为油胺OAm、油酸OA、十六烷基三甲基溴化铵CTAB、十六烷基三甲基氯化铵CTAC中的两种；(4)对黑色混合溶液进行离心清洗，获得黑色粉末，即为所述高矫顽力非贵金属纳米线。2.根据权利要求1所述的湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法，其特征在于，所述金属前驱体为铁源和钴源混合物、铁源和镍源混合物、锰源和铝源混合物、锰源和镓源混合物或锰源和铋源混合物中的一种，金属前驱体中两种金属离子的摩尔比例为(0.1～1)：(0.1～1)。3.根据权利要求2所述的湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法，其特征在于，所述铁源为乙酰丙酮铁Fe(acac)3、氯化铁FeCl3、硫化铁Fe2(SO4)3或硝酸铁Fe(NO3)3的一种或几种，镍源为乙酰丙酮镍Ni(acac)2，锰源为乙酰丙酮锰Mn(acac)2，铝源为乙酰丙酮铝Al(acac)3，镓源为乙酰丙酮镓Ga(acac)3，铋源为乙酰丙酮铋Bi(acac)3，钴源为乙酰丙酮钴Co(acac)2、氯化钴CoCl2、硫酸钴CoSO4或硝酸钴Co(NO3)2的一种或几种。4.根据权利要求1所述的湿化学法直接合成高矫顽力的非贵金属纳米线的方法，其特征在于，所述还原剂为1,2
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十六烷二醇C
16
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【专利技术属性】
技术研发人员：裴文利，赵东，常玲，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：