一种铁磁性石墨炔的制备方法技术

本发明专利技术属于二维碳基磁性半导体材料制备技术领域，公开了一种铁磁性石墨炔的制备方法。步骤如下：（1）、对石墨炔粉末进行剥离；（2）、将步骤（1）剥离后所得石墨炔分散到30

【技术实现步骤摘要】
一种铁磁性石墨炔的制备方法


[0001]本专利技术属于二维碳基磁性半导体材料制备
，具体涉及一种铁磁性石墨炔的制备方法。

技术介绍

[0002]新兴的二维碳材料石墨炔（GDY）是一种由sp和 sp2碳原子组成的新型碳同素异形体。由于其固有的直接带隙和可与石墨烯相媲美的高电子迁移率，GDY 已成为二维碳基磁性半导体的理想选择，在自旋电子学、量子计算和信息存储器件等领域具有广阔的应用前景。尽管原始 GDY 是顺磁性的，但已经尝试了各种策略来实现 GDY的室温铁磁性。然而，感应磁矩相对较弱且不稳定，并且铁磁有序通常在相当低的温度下形成。因此，迫切需要提出一种更有效的策略来获得GDY的室温铁磁性。超临界二氧化碳（CO2）作为一种绿色溶剂体系，由于具有零表面张力和高流动性等优异性能，被广泛用于制备二维层状纳米功能材料。当超临界CO2剥离二维层状材料时，CO2分子可以在层间发挥物理化学作用，产生的局部应力作用于材料，它可以破坏二维纳米片的晶格排列，诱发相变的发生和缺陷的形成。到目前为止，尚未有利用超临界CO2辅助制备具有室温铁磁性的超薄石墨炔纳米片的文献报道。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术的缺陷与不足，本专利技术的目的在于提供一种铁磁性石墨炔的制备方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种铁磁性石墨炔的方法，步骤如下：（1）、对石墨炔粉末进行剥离；（2）、将步骤（1）剥离后所得石墨炔分散到30
‑
75 v%乙醇中，将分散液放置于超临界装置中，向超临界装置中注入二氧化碳中，超临界条件下反应3
‑
6 h，在空气中冷却到室温后缓慢释放二氧化碳卸压；（3）、将步骤（2）所得反应液分离，取沉淀，洗涤，干燥，得到铁磁性石墨炔。
[0005]较好地，步骤（2）中，每10mg剥离后所得石墨炔，乙醇的用量为5
‑
20 ml。
[0006]较好地，步骤（2）中，超临界条件的参数为：温度80
‑
100 ℃、压力18
‑
20 MPa。
[0007]较好地，步骤（3）中，采用超纯水和异丙醇连续洗涤各3
‑
5次。
[0008]本专利技术中，石墨炔粉末可以通过市购获得，也可以按照现有技术制备，比如但并不局限于专利CN201010102048.5中公开的制备方法；石墨炔粉末的剥离方法也可以按照现有技术进行，比如但并不局限于专利CN201811192055.1中公开的剥离方法。
[0009]有益效果：本专利技术突破传统地在GDY中引入室温铁磁性的方法，在不掺杂过渡金属或磁性杂质的情况下，剥离后再通过超临界CO2的辅助，在GDY中引起结构缺陷并形成新的 C
‑
O
‑
Si 化学键，有助于增强电荷转移并产生长程铁磁有序，从而进一步改善自旋极化铁磁性；从整个制备过程上，本专利技术简单高效且制备技术环保无污染，有效解决了目前二维磁性
半导体材料弱铁磁耦合和低居里温度的难题，为二维碳材料中强健室温铁磁性的引入和调控提供了新的策略，进一步推动了GDY在自旋电子器件中的巨大应用前景。
附图说明
[0010]图1：本专利技术实施例1所制备的室温铁磁性GDYNs的低倍（a）和高倍（b）的透射电镜图。
[0011]图2：本专利技术实施例1所制备的室温铁磁性GDYNs的原子力显微镜图。
[0012]图3：本专利技术实施例1所制备的室温铁磁性GDYNs的光电子能谱图：（a）全谱图；（b）C 1s；（c）O 1s；（d）Si 2p。
[0013]图4：本专利技术实施例1所制备的室温铁磁性GDYNs的红外光谱图。
[0014]图5：本专利技术实施例1所制备的室温铁磁性GDYNs的磁性能测试图：（a）300K温度下的磁滞回线（M
‑
H曲线）；（b）场冷（FC）和零场冷（ZFC）M
‑
T曲线。
[0015]图6：本专利技术对照例1所制备的样品GDYNs
‑
16的原子力显微镜图。
[0016]图7：本专利技术对照例1所制备的样品GDYNs
‑
16的光电子能谱图：（a）全谱图；（b）C 1s；（c）O 1s；（d）Si 2p。
[0017]图8：本专利技术对照例1所制备的样品GDYNs
‑
16的红外光谱图。
[0018]图9：本专利技术对照例1所制备的样品GDYNs
‑
16的磁性能测试图：（a）300K温度下的磁滞回线（M
‑
H曲线）；（b）场冷（FC）和零场冷（ZFC）M
‑
T曲线。
[0019]图10：本专利技术对照例2所制备的样品Bulk
‑
20的原子力显微镜图。
[0020]图11：本专利技术对照例2所制备的样品Bulk
‑
20的磁性能测试图
‑‑
300K温度下的磁滞回线（M
‑
H曲线）。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]实施例1一种铁磁性石墨炔的制备方法，步骤如下：（1）、石墨炔（GDY）材料的合成：在8 ℃下，将四丁基氟化铵(0.4 mmoL)加入到六[(三甲基甲硅烷基)乙炔基]苯(43.6 mg)的四氢呋喃溶液(15 mL)中，氮气保护下搅拌反应10 min，合成了六炔基苯单体，收率为65%；将六炔基苯单体加入到吡啶(50 mL)中，加入铜箔（4 cm2），在60 ℃、氮气气氛下进行72 h的交联反应，最终在铜表面原位生成了由均匀多层膜组成的GDY膜；在GDY形成过程中，铜箔不仅是交叉偶联反应的催化剂，而且是GDY薄膜生长的基板；将GDY覆盖的铜箔先用丙酮洗涤，然后用80 ℃ N,N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）超声加热1 h得到黑色固体；将黑色固体分别在4 M氢氧化钠溶液和6 M盐酸溶液中，在100 ℃下回流2 h，去除杂质和铜渣，离心收集产物，用热DMF(80 ℃)、热乙醇(70 ℃)洗涤，干燥得到本体GDY（Bulk）；（2）、石墨炔（GDY）材料的剥离：将 Li2SiF6（100 mg）溶解在 10 mL 水中，加入 1 滴 1 M 盐酸，然后将本体 GDY（20 mg）混入溶液中，通过在室温环境条件下连续搅拌3天，之后，真空过滤，收集产物，依次
用去离子水和异丙醇洗涤数次，冷冻干燥后得到剥离的GDY（eGDY）；（3）、铁磁性石墨炔纳米片(GDYNs)的制备：将步骤（2）所得eGDY（10 mg）分散到45 v%乙醇溶液(10 mL)中，超声分散均匀获得分散液；然后将分散液快速转移到超临界CO2装置中，加热至 80℃，然后将 CO2加入反应装置中至20 MPa，反应3 h后，冷却至室温后缓慢释放CO2；之后，在室温下4000rpm 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁磁性石墨炔的方法，其特征在于，步骤如下：（1）、对石墨炔粉末进行剥离；（2）、将步骤（1）剥离后所得石墨炔分散到30
‑
75 v%乙醇中，将分散液放置于超临界装置中，向超临界装置中注入二氧化碳中，超临界条件下反应3
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6 h，在空气中冷却到室温后缓慢释放二氧化碳卸压；（3）、将步骤（2）所得反应液分离，取沉淀，洗涤，干燥，得到铁磁性石墨炔。2.如权利要求1所述的铁磁性石墨炔的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许群，杨建，刘威，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：