一种铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法技术

本发明专利技术公开一种铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其制备方法是将含有丙烯腈低聚物的溶液加入到纳米磁性氧化铁粉体中，浸泡混合均匀，再经干燥、固化、煅烧等工序便制得多种组分的铁基磁性材料碳复合粉体。本发明专利技术制备方法成本低廉、操作简单、可以制备单一或多组分铁基磁性材料碳复合粉体，还可以通过调控产物的组分来改变铁基磁性材料碳复合粉体磁性，扩大了其应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种磁性复合粉体的制备方法，特别涉及铁基(包括狗304、 Y -Fe2O3^ α -Fe)磁性材料碳复合粉体的制备这一

技术介绍
磁性纳米材料在高密度磁记录器件、磁流体、水的净化、磁共振成像、靶向药物载 体、磁高热疗法、催化剂等领域有着非常重要的应用。铁基磁性材料是其中的重要一员，特 别是铁基磁性材料的氧化铁，除了在上述领域有着广泛应用外，还在电化学领域也有着重 要的应用，例如用作超级电容器材料和作为锂离子电池负极材料。但由于纳米粒子比表面 积大、易产生团聚，其在环境中的抗氧化性和耐酸碱性较差，而且直接对裸粒子进行表面功 能化修饰的时候，裸粒子易于被环境因素影响(如温度、PH和功能基团)，经常会发生物质结 构的转变。当将它们暴露于生物系统时，会导致其性质不稳定，以及大量团聚和发生快速的 生物降解反应。针对锂离子电池，除了上述问题，还存在以下问题首先，高比表面积会增 加副反应(在电解液与电极界面上电解质分解反应)的风险，这又会造成高水平的不可逆性 (例如低库仑效率)和较差的循环寿命。其次，高比表面积的纳米电极材料会引起电极表面 生成厚的固态电解质中间相(SEI)膜，会大量消耗正极提供的Li。最后，人们研究发现在许 多纳米结构过渡金属氧化物在Li摄取过程中生成的厚SEI膜总会在Li提取过程中被过渡 金属催化而完全消失，这会引起容量衰减和安全问题。这些问题己经成为影响其应用的一 个重要环节。综上所述，这些问题主要是由于表界面环境和转变反应造成的，因此对纳米铁基 磁性材料进行表面修饰被认为是一种行之有效的方法。在之前的许多研究中，许多无机和 有机材料被用来保护磁性粒子，例如表面活性剂/高分子壳层和SiO2壳层，都被用来包覆 磁性粒子。但是表面活性剂或者高分子壳层在空气中不是很稳定，而且容易被酸溶液侵蚀， 导致饱和磁化强度的损失。薄高分子壳层也不能完全阻止高反应活性纳米磁性粒子的氧 化；另外高分子壳层在高温下有其固有的不稳定性，这种不稳定性甚至可以被磁性粒子所 催化加剧。而SiO2壳层虽然具有良好的化学惰性、胶体稳定性和生物相容性等特点，但是 在碱性环境中不稳定。相对于高分子和SiO2壳层，碳壳层具有更高的物理化学和热稳定性 以及生物相容性。在纳米磁性粒子包覆碳壳层就是一种很有效地表面修饰方法。传统的制 备铁基磁性材料碳复合粉体是利用物理手段像电弧放电技术、激光蒸发法、化学沉积、金属 有机物直接热分解等，这些方法经常会用到有毒的或昂贵的前躯体和高沸点的有机溶剂， 而且使用的设备复杂、耗能大、成本高、操作繁琐、反应剧烈，因而难以实现大规模生产。并 且这些反应往往只能得到单一的主要产物，难以调控产物组分。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种铁基磁性材料碳复合粉体制备方法，旨在解决现有技术中所存在的问题。本专利技术的技术方案如下，其中，包括以下步骤 将含有丙烯腈低聚物的溶液加入到纳米磁性氧化铁粉体中，混合均勻，蒸发溶剂，室温 干燥；在180 °C以上恒温固化2、小时，然后研磨，在惰性气氛保护下，600 °C以上锻烧温度 煅烧广8小时，丙烯腈低聚物经煅烧在纳米磁性氧化铁粉体粒子表面形成碳包覆层，同时 对内核磁性氧化铁部分或完全还原，制得多种铁基磁性材料碳复合粉体。所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，所述纳米磁性氧化铁为!^e3O4 或 Y-Fe2O3。所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，采用球磨的方法将含有丙烯 腈低聚物的溶液与纳米磁性氧化铁粉体混合均勻，按质量比，丙烯腈低聚物纳米磁性氧化 铁为 0. 05 0. 5:1。所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，所述的固化的温度为180~240°C。所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，所述丙烯腈低聚物为液态，相 对分子量为106飞000，含有丙烯腈低聚物的溶液所用溶剂为水、甲醇或乙醇中的一种或两 种组合。所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，煅烧时惰性气氛为氮气或氩 气，锻烧温度为600 1000 °C。本专利技术所提供的，成本低廉、操作简单、 可以制备单一或多组分铁基磁性材料碳复合粉体，还可以通过调控产物的组分来改变铁基 磁性材料碳复合粉体磁性，扩大了其应用范围。附图说明图1为实施例1所制备产物的XRD图谱。图2为实施例1所制备产品的TEM图。图3为实施例2所制备产物的XRD图谱。图4为实施例1和实施例2产物中碳的Raman光谱。图5为实施例3所制备产物的XRD图谱。图6为实施例4所制备产物的XRD图谱。图7为实施例5所制备产物的XRD图谱。具体实施例方式本专利技术提供，为使本专利技术的目的、技术 方案及效果更加清楚、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。本专利技术所述的铁基磁性材料碳复合粉体包括i^3_x04/C、Fe3_x04/Fe/C和iVC三种 铁基磁性材料碳复合粉体。本专利技术的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，包括以下步骤1)将含有丙烯腈低聚物的溶液加入到市售或用共沉淀法自制的纳米磁性氧化铁粉体 中，混合均勻，蒸发溶剂，室温干燥。2)在180 °C以上恒温固化2、小时，然后研磨，在惰性气氛保护下，600 °C以上 锻烧温度煅烧广8小时，丙烯腈低聚物经煅烧在纳米磁性氧化铁粉体粒子表面形成碳包覆 层，同时对内纳米核磁性氧化铁部分或完全还原，制得多种铁基磁性材料碳复合粉体。本专利技术所述的纳米磁性氧化铁为狗304、Y-Fe2O3或以其化学计量的中间形式Fe3_x04 表不。本专利技术制备方法的步骤1)中最好采用球磨的方法将含有丙烯腈低聚物的溶液与 纳米磁性氧化铁粉体混合均勻，按质量比，丙烯腈低聚物磁性氧化铁为0. 05、. 5:1。本专利技术制备方法的步骤2)所述的固化的温度为180140 °C。本专利技术所用碳前躯体丙烯腈低聚物为液态，相对分子量为106飞000，含有丙烯腈 低聚物的溶液所用溶剂为水、甲醇或乙醇中的一种或两种组合。丙烯腈低聚物还兼有还原 剂的作用，当丙烯腈低聚物经在惰性气氛下煅烧时，在纳米磁性氧化铁粉体表面形成碳层， 热分解产生COj2还原性气体，碳在高温下本身也有较强的还原性，能将纳米磁性氧化铁还 原成金属铁，纳米磁性氧化铁碳包覆与纳米磁性氧化铁的还原在煅烧阶段同步发生。本专利技术所述的煅烧时惰性气氛为氮气或氩气，锻烧温度为60(T1000 °C。使用本专利技术制备方法所得的铁基磁性材料碳复合粉体的碳壳层含有无定形碳和 石墨化碳。碳壳层除了作为一种惰性保护层外，而且还可能赋予纳米粒子更多的优异性能， 例如不同形态的包覆碳可以具有导电性和多孔表面结构。此外，依据铁基磁性材料和碳基 体的不同，该材料可望用作磁记录材料、水的净化、电波屏蔽材料、锂离子电池负极材料、超 级电容器。 下面是本专利技术非限定制备案例，通过这些实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1 称取Ig用共沉淀法自制的纳米磁性氧化铁粉体，将含有质量分数为10 %丙烯腈低聚 物的乙醇溶液加入粉体中，质量比为丙烯腈低聚物磁性氧化铁为0. 06 1，超声分散均勻， 蒸发溶剂，室温干燥。在180 ！恒温固化4 h，然后研磨，在氮气保护下本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有丙烯腈低聚物的溶液加入到纳米磁性氧化铁粉体中，混合均匀，蒸发溶剂，室温干燥；在１８０　℃以上恒温固化２～４小时，然后研磨，在惰性气氛保护下，６００　℃以上锻烧温度煅烧１～８小时，丙烯腈低聚物经煅烧在纳米磁性氧化铁粉体粒子表面形成碳包覆层，同时对内核磁性氧化铁部分或完全还原，制得多种铁基磁性材料碳复合粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑洪，贵大勇，张黔玲，何传新，朱才镇，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：94