一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用，包括铁磁纳米线，铁磁纳米线外部包覆碳层外壳形成一维核壳异质结构磁性纳米线；铁磁纳米线为Fe、Co、Ni或者任意两者合金或三者合金中的一种；所述铁磁性纳米线中铁磁核和C壳层的摩尔比为1～3:1。本发明专利技术采用铁磁纳米线与有机碳源经溶液沉积和高温退火制备以铁磁纳米线为内核、碳为外壳的碳包覆铁磁纳米线的结构核壳结构，制备过程更加简单易行，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低；制备的核壳异质结构磁性纳米线，具有优异的抗氧化性、耐腐蚀性和吸波性能，在微波吸收与屏蔽、电催化，汽车尾气净化、柔性透明导电薄膜、超大规模集成电路、表面增强拉曼光谱有广泛的应用前景。谱有广泛的应用前景。谱有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及材料改性
，具体而言，涉及一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，智能通信系统、无线网络设备、电子探测设备等技术高速发展。由此产生的电磁波辐射引起广泛关注，空间电磁波辐射对仪器设备的影响不断增大，长时间暴露在电磁辐射下也会对人体健康造成危害。因此，电磁辐射的防治工作变得尤为重要。其中一维纳米材料因其高纵横比的结构特征、出色的机械变形的优点，被广泛应用于电磁辐射的防护领域。
[0003]在所有的金属中，铁磁金属较金属银、铜等具磁导率较高，磁损耗大，截止频率高，饱和磁化强度高，温度稳定性好等优异性能，是一类很有发展潜力和应用前景的吸波材料。铁磁性纳米线具有纳米级别的尺寸与独特的结构，使得铁磁性纳米线表现出许多体相材料不具有的独特物理效应，主要包括小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应等，因此受到广大学者研究探索，并应用于微波吸收等领域。铁磁材料价格低廉，同时单分散铁磁性纳米线具有较好的导电、导热和机械性能和突出的电磁特性。但是铁磁性纳米线金属材料具有非常活泼的化学性质，在自然条件下容易被氧化，这就会破坏材料原有的电磁吸收性能。中国专利CN201810949570.3公开了一种双金属钴基核壳材料的制备方法，采用原位金属置换法，制得了以Co为核，Ag或Cu为壳的复合型双金属钴基壳材料，但是该材料的制备存在高温能耗大、对设备要求严格、条件苛刻、微波吸收性能不好、易氧化等缺点。因此开发简易的、吸波性能优良的铁磁性纳米线新材料是目前科研人员研究的新方向。
[0004]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是现有铁磁性纳米线存在抗氧化及微波吸收性能差，制备过程复杂等问题，目的在于提供一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用。本专利技术利用铁磁金属较银、铜等金属对碳的结合能低，采用铁磁性纳米线与有机碳源经溶液沉积和高温退火的方法制备以铁磁纳米线为内核、石墨化晶化程度较低的无定型碳为外壳的碳包覆铁磁纳米线的结构核壳结构，制备过程更加简单易行，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低；制备的核壳异质结构磁性纳米线，具有优异的抗氧化性、耐腐蚀性和吸波性能，在微波吸收与屏蔽、电催化，汽车尾气净化、柔性透明导电薄膜、超大规模集成电路、表面增强拉曼光谱等领域具有广泛的应用前景。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，包括铁磁纳米线，铁磁纳米线外部包覆碳层外壳形成一维核壳异质结构磁性纳米线；所述铁磁纳米线为Fe、Co、Ni或者任意两者合金或三者合金中的一种；所述铁磁性纳米线中铁磁核和C壳层的摩尔比为1～3:1。
[0008]本专利技术利用铁磁金属较银、铜等对碳的结合能低，容易实现碳包覆铁磁纳米线的特点，通过在铁磁纳米线外包覆无定型碳层，能够明显克服铁磁纳米线易氧化的缺点，提高了材料的抗氧化性和抗腐蚀性；高温退火形成的石墨化晶化程度较低的无定型碳包铁的核壳结构，实现了介电损耗的碳材料与磁损耗的铁磁纳米线的结合，既构筑了异质结构，增强了界面极化、偶极极化，又优化了阻抗匹配，从而提高了铁磁性纳米线的电磁吸波性能。
[0009]另外铁核与碳壳层比例至关重要，铁磁核心是磁损耗的关键，而碳壳层是防腐的关键，只有合适的比例才能兼顾阻抗匹配和防腐性能。为此，本专利技术限定碳包覆铁磁纳米线中铁磁核和C壳层的摩尔比为1～3∶1，最小反射损耗达到
‑
47.4dB，小于等于
‑
10dB反射率的有效吸收带宽达2.72GHz；此外，本专利技术采用800℃的高温进行退火，形成石墨晶化程度较低的无定型碳，在引入缺陷，增强极化，改善阻抗匹配的同时，提高防腐性能，与纯铁磁纳米线相比，本专利技术碳包覆铁磁纳米线抗腐蚀性能明显增强。腐蚀电位变大，这是由于碳壳带来的正电位高于单一的铁磁纳米线，能够对铁磁纳米线起到良好的表面保护，有助于防止腐蚀；另外本专利技术碳包覆铁磁纳米线较单一铁磁纳米线的腐蚀电流、腐蚀速率都降低1.2～3.2倍，表明外壳碳层对内核铁磁纳米线具有保护作用，且外壳碳层能够起到长期的防腐作用。
[0010]进一步的，所述一维核壳异质结构磁性纳米线的直径为80～140nm、长度5～30um、长径比为35～375。
[0011]本专利技术还提供一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)制备铁磁纳米线悬浮液；
[0013](2)通过溶液沉积法使有机碳源附着在铁磁纳米线表面，得到复合粉末；
[0014](3)通过高温退火法，使铁磁纳米线表面的有机碳源碳化，得到核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。
[0015]本专利技术提供的碳包覆铁磁纳米线的制备方法，反应的机理为有机碳源通过络合等作用吸附或共沉淀在铁磁纳米线表面，然后进行高温退火，在惰性气氛下进行高温碳化，就可以得到碳层，最终得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。该方法操作简单、工艺可控，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低。
[0016]进一步的，步骤(1)中铁磁纳米线悬浮液的制备方法如下：
[0017]将0.1～0.2M的铁磁纳米线分散在50～100mL无水乙醇中，将溶液放置在大功率超声振荡器中超声30～60min，使铁磁纳米线充分分散，获得均匀悬浮液。
[0018]进一步的，步骤(2)中有机碳源附着铁磁纳米线的复合粉末的制备方法如下：
[0019]将步骤(1)中得到的悬浮液转移至机械搅拌下，在300～600r/min的转速下向混合溶液缓慢滴加浓度为0.06～0.2mol/L有机碳源溶液，继续搅拌30～60min；
[0020]在室温下，离心收集，用去离子水和无水乙醇多次交替洗涤，然后干燥。
[0021]进一步的，所述有机碳源包括聚多巴胺、间苯二酚
‑
甲醛树脂、糖类(葡萄糖，蔗糖等)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、单宁酸、柠檬酸，聚乙烯醇，聚吡咯，维生素C，聚乙二醇，沥青，蒽和苯胺中的一种或几种。
[0022]进一步的，步骤(3)中碳包覆铁磁纳米线的制备方法如下：
[0023]将步骤(2)得到复合粉末转移到高温退火设备，在保护气体下高温退火处理，，得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。
[0024]进一步的，所述高温退火设备为管式炉、马弗炉等任意一种，所述高温退火设备的
工作时的操作方式为1～3℃/min的速率加热到300～500℃保持1～2h，然后以3～5℃/min的速率加热到800℃及以上保持3～5h；所述保护气体采用惰性气体氦气或氩气。
[0025]本专利技术还提供一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的应用，其特征在于，应用于微波吸收、屏蔽、电催化、汽车尾气净化、柔性透明导电薄膜、超大规模集成电路以及表面增强拉曼光谱领域。
[0026]进一步的，应用于制备吸收微波的同轴环，其具体的应用方式为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，其特征在于，包括铁磁纳米线，铁磁纳米线外部包覆碳层外壳形成一维核壳异质结构磁性纳米线；所述铁磁纳米线为Fe、Co、Ni或者任意两者合金或三者合金中的一种；所述铁磁性纳米线中铁磁核和C壳层的摩尔比为1～3:1。2.根据权利要求1所述的一种一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，其特征在于，所述一维核壳异质结构磁性纳米线的直径为80～140nm、长度5～30μm、长径比为35～375。3.一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备铁磁纳米线悬浮液；(2)通过溶液沉积法使有机碳源附着在铁磁纳米线表面，得到复合粉末；(3)通过高温退火法，使铁磁纳米线表面的有机碳源碳化，得到核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。4.根据权利要求3所述的一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，步骤(1)中铁磁纳米线悬浮液的制备方法如下：将0.1～0.2M的铁磁纳米线分散在50～100mL无水乙醇中，将溶液放置在大功率超声振荡器中超声30～60min，使铁磁纳米线充分分散，获得均匀悬浮液。5.根据权利要求3所述的一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，步骤(2)中有机碳源附着铁磁纳米线的复合粉末的制备方法如下：将步骤(1)中得到的悬浮液转移至机械搅拌下，在300～600r/min的转速下向混合溶液缓慢滴加浓度为0.06～0.2mol/L有机碳源溶液，继续搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平安，叶文献，阮海波，屈正微，罗久飞，李锐，黄鑫，寿梦杰，吴德成，周志浩，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：