一种磁性镓基液态金属复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种磁性镓基液态金属复合材料及其制备方法，所述磁性镓基液态金属复合材料包括表面修饰的磁性金属氧化物颗粒和镓基液态金属的混合物，所述表面修饰的磁性金属氧化物颗粒的内核为磁性金属氧化物微纳米颗粒，所述磁性金属氧化物颗粒的表面包覆纳米级厚度的聚多巴胺层，所述聚多巴胺层的表面包覆银壳。采用本发明专利技术的技术方案，通过对金属氧化物磁性微纳米颗粒的表面进行银壳修饰，使得磁性微纳米颗粒与液态金属间的界面润湿性得到了改善，不仅克服了原先制备此类液态金属复合材料的困难，还可以实现多手段全方位的制备，同时制备方法简单、高效，且绿色环保。且绿色环保。且绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性镓基液态金属复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料
，尤其涉及一种磁性镓基液态金属复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有公开的制备磁性镓基液态金属复合材料的方案中，往往是向镓基液态金属中掺入Fe、Co、Ni和Gd微纳米磁性颗粒或者硬磁性的NdFeB粉末等材料进行研磨和搅拌或者热处理。有的技术方案是向具有一定化学活性的Fe磁性金属颗粒和镓基液态金属中加入强酸或者施加电场可以去除两者表面的氧化物，从而增加界面润湿性从而完成胞吞复合。也可以在充满惰性气体的手套箱中将活泼的磁性金属粉末与镓基液态金属进行复合。不过，随着时间的推移，掺入金属磁性粉末的镓基液态金属复合材料中会不断产生金属间化合物（比如Ga5Fe6），导致材料磁性的降低。
[0003]基于这个问题，有研究人员在磁颗粒表面包覆了SiO2保护层来减少磁性的减弱，但是这个惰性的、不可拆卸的SiO2外壳会带来磁颗粒本身磁性的降低，同时SiO2促进界面润湿的作用也十分有限。因此，选用Fe、Co和Ni等磁性材料的化合物，比如Fe3O4或Fe2O3等这类常用的金属氧化物磁性纳米颗粒复合到镓基液态金属中，不仅可以天然地避免液态金属与纯金属粉末反应带来的磁性减弱问题，还可以赋予液态金属超顺磁性和更好的生物相容性。不过，由于金属氧化物与液态金属间的界面的非润湿性，将这类磁性金属氧化物直接复合到液态金属中仍然比较困难。目前相对可行的方案主要为利用在长时间的研磨或者搅拌过程中，依赖液态金属氧化膜的不断产生从而辅助磁颗粒润湿完成复合，不过这会在复合材料基体中带来大量的氧化物的气孔夹杂，从而影响材料整体的理化性能。另外，也有研究人员对磁颗粒和液态金属进行表面功能化，以增强两者的粘附性，但是这个方法存在复合效率低、需要惰性气体环境和试验步骤相对较多等问题，而且由于强酸会快速与金属氧化物反应，因此其在制备此类磁性液态金属复合材料的过程中明显不太合适。

技术实现思路

[0004]针对以上技术问题，本专利技术公开了一种磁性镓基液态金属复合材料及其制备方法，大大改善了磁性维纳米颗粒与液态金属间的界面润湿性。
[0005]对此，本专利技术采用的技术方案为：一种磁性镓基液态金属复合材料，其包括表面修饰的磁性金属氧化物颗粒和镓基液态金属的混合物，所述表面修饰的磁性金属氧化物颗粒的内核为磁性金属氧化物颗粒，所述磁性金属氧化物颗粒的表面包覆纳米级厚度的聚多巴胺层，所述聚多巴胺层的表面包覆银壳。
[0006]采用此技术方案，通过在磁性金属氧化物颗粒的表面包覆银壳，当其与镓基液态金属进行混合时，银的存在使得金属氧化物磁性颗粒与镓基液态金属会在复合过程产生银铟金属间化合物或者银镓金属间化合物并改善界面润湿性，其中金属间化合物的存在也使
得磁性颗粒很好地锚定在镓基液态金属基体中，快速促进磁性金属氧化物颗粒与镓基液态金属的混合。
[0007]得到的新型的磁性镓基液态金属复合材料，以镓基液态金属为基体，磁性颗粒为内部嵌入物混合而成。其中磁性金属氧化物颗粒为硬磁性材料，具有超顺磁性，而且与镓基液态金属之间没有反应性，得到的磁性镓基液态金属复合材料可以长期保存磁性。
[0008]另外，磁颗粒表面通过多巴胺分子的自聚合形成纳米级厚度的聚多巴胺外壳，其对重金属离子具有良好螯合作用和粘附性，因此使得颗粒能够通过静电作用和螯合效应更多地将银离子吸附在表面，从而在后续的银镜反应过程中实现高效地原位还原并制备出连续且厚实的银壳。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述磁性金属氧化物包括Fe3O4、Fe2O3中的至少一种；所述镓基液态金属包括纯镓、共晶镓铟合金或镓铟锡合金的至少一种。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述磁性金属氧化物颗粒的粒径为20nm~1μm。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述镓基液态金属与磁性金属氧化物颗粒的质量比为1~99:1。进一步优选的，所述镓基液态金属与磁性金属氧化物颗粒的质量比为5~20:1。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述银壳的厚度为100
‑
300 nm。
[0013]本专利技术还公开了如上所述的磁性镓基液态金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤S1，准备磁性金属氧化物颗粒；步骤S2，在磁性金属氧化物颗粒的表面包覆聚多巴胺层，然后进行银镜反应，使聚多巴胺层的表面包覆银壳，得到表面修饰的磁性金属氧化物颗粒；步骤S3，将表面修饰的磁性金属氧化物颗粒与镓基液态金属进行混合，得到磁性镓基液态金属复合材料。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2包括：配制pH值为8.5~9.0的缓冲液，然后将磁性金属氧化物颗粒加入至缓冲液中搅拌5min后，加入多巴胺，继续搅拌4 h后，利用磁铁进行收集，得到表面包覆聚多巴胺层的磁性金属氧化物颗粒；配制银氨溶液，将得到的表面包覆聚多巴胺层的磁性金属氧化物颗粒加入银氨溶液中进行搅拌，其中，每100mg Fe3O4@PDA，银氨溶液中Ag
+
的用量为不小于1.5mmol，也就是针对100mg Fe3O4@PDA，采用银氨溶液100ml，其中银离子的浓度为不小于15mM；加入还原剂，继续搅拌反应，采用磁铁进行收集，干燥，得到表面修饰的磁性金属氧化物颗粒。当每100mg Fe3O4@PDA，银氨溶液中Ag
+
的用量大于1.5mmol时，得到的表面修饰的磁性金属氧化物颗粒与镓基液态金属进行混合时，就可以实现润湿性改善。
[0015]进一步的，每100mg Fe3O4@PDA，银氨溶液中Ag
+
的用量为1.5~20mmol，也就是针对100mg Fe3O4@PDA，采用银氨溶液100ml，其中银离子的浓度为15~200mM。进一步的，每100mg Fe3O4@PDA，银氨溶液中Ag
+
的用量为1.5~10mmol，也就是针对100mg Fe3O4@PDA，采用银氨溶液100ml，其中银离子的浓度为15~100mM。进一步的，每100mg Fe3O4@PDA，银氨溶液中Ag
+
的用量为1.5~6mmol，也就是针对100mg Fe3O4@PDA，采用银氨溶液100ml，其中银离子的浓度为15~60mM。进一步的，每100mg Fe3O4@PDA，银氨溶液中Ag
+
的用量为1.5~4mmol，也就是针对100mg Fe3O4@PDA，采用银氨溶液100ml，其中银离子的浓度为15~40mM。
[0016]进一步的，所述缓冲液为磷酸盐或碳酸氢盐类缓冲液。进一步的，所述缓冲液为三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，搅拌速度为100~500r/m。进一步的，搅拌速度为300r/m。
[0018]搅拌速度为300r/m。步骤S3中，所述混合为通过研磨混合、通过电化学法或酸化学法实现表面修饰的磁性金属氧化物颗粒与镓基液态金属的混合。采用此技术方案，可以根据需要选择方式实现两者的相互润湿，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性镓基液态金属复合材料，其特征在于：其包括表面修饰的磁性金属氧化物颗粒和镓基液态金属的混合物，所述表面修饰的磁性金属氧化物颗粒的内核为磁性金属氧化物颗粒，所述磁性金属氧化物颗粒的表面包覆纳米级厚度的聚多巴胺层，所述聚多巴胺层的表面包覆银壳。2.根据权利要求1所述的磁性镓基液态金属复合材料，其特征在于：所述磁性金属氧化物包括Fe3O4、Fe2O3中的至少一种；所述镓基液态金属包括纯镓、共晶镓铟合金或镓铟锡合金的至少一种。3.根据权利要求2所述的磁性镓基液态金属复合材料，其特征在于：所述磁性金属氧化物颗粒的粒径为20nm~1μm。4.根据权利要求2所述的磁性镓基液态金属复合材料，其特征在于：所述镓基液态金属与磁性金属氧化物颗粒的质量比为1~99:1。5.根据权利要求1所述的磁性镓基液态金属复合材料，其特征在于：所述银壳的厚度为100
‑
300 nm。6.如权利要求1~5任意一项所述的磁性镓基液态金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，准备磁性金属氧化物颗粒；步骤S2，在磁性金属氧化物颗粒的表面包覆聚多巴胺层，然后进行银镜反应，使聚多巴胺层的表面包覆银壳，得到表面修饰的磁性金属氧化物颗粒；步骤S3，将表面修饰的磁性...

【专利技术属性】
技术研发人员：马星，沈毅锋，周昊，付明明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：