一種碳複合錳基磁性材料的製備方法
2023-06-02 13:37:06
一種碳複合錳基磁性材料的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種碳複合錳基磁性材料的製備方法，該方法包括如下步驟：（1）製備四氧化三錳粒子，（2）碳包覆。本發明製備的磁性材料，採用有機物對四氧化三錳的表面改性，得到油溶性的四氧化三錳納米粒子，然後再採用煅燒法在其表面包覆一層有機碳，使得該磁性材料具有穩定的結構以及較高的磁性物質含量。
【專利說明】一種碳複合錳基磁性材料的製備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉一種碳複合錳基磁性材料的製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的不斷進步，納米技術取得了不斷的發展。納米材料由於其不同於普通塊材的獨特性能，越來越受到人們的關注。納米結構的鐵磁性材料由於其廣泛的應用，比如作為鐵磁流體、先進磁性材料、催化劑原料、高密度磁存儲設備和生物醫學及生物藥學等方面，吸引了很多研宄者的興趣。
[0003]磁性材料和發光材料是歷史長、用途廣泛的兩種功能材料，它與現代科技的發展，以及信息化、自動化、機電一體化、國防和國民經濟的各個領域緊密相關。磁性材料是指由元素鐵、鈷、鎳、錳及其合金等能夠直接或間接產生磁性的物質。現有技術製備水溶性磁性納米粒子，在納米粒子表面修飾的主要手段:有機聚合物包覆、配體交換。有機聚合物包覆，容易造成粒子團聚，納米粒子溶解性不穩定。配體交換方法時間效率低，製備過程複雜。採用上述現有技術製備的磁性納米粒子接上發光材料後，最明顯的缺點是容易導致表面連接的螢光配體螢光猝滅，從而較難實現磁光雙功能的目的。現有技術製備的磁光雙功能納米粒子的缺點是:1.只具有磁學性質，光學性質不穩定；2.發光體螢光容易猝滅。由於製備的磁光雙功能納米粒子具有上述缺點，無法滿足在生化及醫學等領域的應用條件，限制了磁光雙功能納米粒子的應用。
[0004]隨著人們對複合材料的表面修飾技術研宄的不斷深入。目前，實現複合材料的表面多功能化有兩個基本的思路:一是利用複合材料的微觀結構調控，通過形成具有不同表面特性及功能的納米顆粒的二元異質結構來實現；另外一個思路，是在微米尺度的球表面，通過一些物理方法或者化學手段來實現表面的多功能化修飾。但目前尚缺乏一種技術能夠有效地在亞微米尺度的磁性複合微球上實現高磁性物質含量。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種碳複合錳基磁性材料的製備方法，該方法製備的磁性材料材料具有比表面積大、內核磁性顆粒含量高且磁性能優異等特點。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供一種碳複合錳基磁性材料的製備方法，該方法包括如下步驟:
(1)製備四氧化三錳粒子
配製濃度為l-2mol/L的MnCl2溶液，向上述MnCl 2溶液中加入濃度為40mmol/L的乙醯丙酮溶液，其中MnCl2溶液與乙醯丙酮溶液的重量比為1:3-4 ;室溫下攪拌20_30min，加入三乙胺，抽取反應液中的黃色沉澱物並過濾，其中三乙胺與上述胞(:12溶液的重量比為2:3-4；
配製體積比為7: 3的丙酮與水混合溶液，將抽取過濾得到的上述黃色沉澱物加到上述丙酮與水混合溶液，保持50-65°C的溫度，攪拌至完全溶解，室溫冷卻，過濾溶液中黃色針狀結晶，得乙醯丙酮合錳前驅體；
取上述步驟製得到的乙醯丙酮合錳前驅體溶解油胺中，其中乙醯丙酮合錳前驅體與油胺的質量比為1:20-25，抽真空，在氬氣氛圍中磁力攪拌，快速加熱到180-190°C，恆溫反應6-8h，冷卻至室溫後離心分離，分離後的物質用無水乙醇連續洗3-5次，真空乾燥；製得油溶性四氧化三錳納米粒子；
(2)碳包覆
採用球磨的方法將含有丙烯腈低聚物的溶液與上述油溶性四氧化三錳納米粒子混合均勻，按質量比，丙烯腈低聚物:油溶性四氧化三錳納米粒子為0.1-0.3:1，蒸發溶劑，室溫乾燥；
在190-220 °0直溫固化3-5h，然後研磨，在氬氣氣氛保護下，750-900 °C鍛燒4_6h，丙烯腈低聚物經煅燒在納米磁性氧化鐵粉體粒子表面形成碳包覆層，製得錳基磁性材料碳複合粉體。
[0007]本發明製備的磁性材料，採用有機物對四氧化三錳的表面改性，得到油溶性的四氧化三錳納米粒子，然後再採用煅燒法在其表面包覆一層有機碳，使得該磁性材料具有穩定的結構以及較高的磁性物質含量。
【具體實施方式】
[0008]實施例一
配製濃度為lmol/L的MnCl2溶液，向上述MnCl 2溶液中加入濃度為40mmol/L的乙醯丙酮溶液，其中MnCl2溶液與乙醯丙酮溶液的重量比為1:3 ;室溫下攪拌20min，加入三乙胺，抽取反應液中的黃色沉澱物並過濾，其中三乙胺與上述MnCl2S液的重量比為2:3。
[0009]配製體積比為7: 3的丙酮與水混合溶液，將抽取過濾得到的上述黃色沉澱物加到上述丙酮與水混合溶液，保持50°C的溫度，攪拌至完全溶解，室溫冷卻，過濾溶液中黃色針狀結晶，得乙醯丙酮合錳前驅體。
[0010]取上述步驟製得到的乙醯丙酮合錳前驅體溶解油胺中，其中乙醯丙酮合錳前驅體與油胺的質量比為1:20，抽真空，在氬氣氛圍中磁力攪拌，快速加熱到180°C，恆溫反應8h，冷卻至室溫後離心分離，分離後的物質用無水乙醇連續洗3次，真空乾燥；製得油溶性四氧化三錳納米粒子。
[0011]採用球磨的方法將含有丙烯腈低聚物的溶液與上述油溶性四氧化三錳納米粒子混合均勻，按質量比，丙烯腈低聚物:油溶性四氧化三錳納米粒子為0.1:1，蒸發溶劑，室溫乾燥。
[0012]在190 °0恆溫固化5h，然後研磨，在氬氣氣氛保護下，750 °C鍛燒6h，丙烯腈低聚物經煅燒在納米磁性氧化鐵粉體粒子表面形成碳包覆層，製得錳基磁性材料碳複合粉體。
[0013]實施例二
配製濃度為2mol/L的MnCl2溶液，向上述MnCl 2溶液中加入濃度為40mmol/L的乙醯丙酮溶液，其中MnCl2溶液與乙醯丙酮溶液的重量比為1:4 ;室溫下攪拌30min，加入三乙胺，抽取反應液中的黃色沉澱物並過濾，其中三乙胺與上述MnCl2S液的重量比為2: 4。
[0014]配製體積比為7: 3的丙酮與水混合溶液，將抽取過濾得到的上述黃色沉澱物加到上述丙酮與水混合溶液，保持65°C的溫度，攪拌至完全溶解，室溫冷卻，過濾溶液中黃色針狀結晶，得乙醯丙酮合錳前驅體。
[0015]取上述步驟製得到的乙醯丙酮合錳前驅體溶解油胺中，其中乙醯丙酮合錳前驅體與油胺的質量比為1:25，抽真空，在氬氣氛圍中磁力攪拌，快速加熱到190°C，恆溫反應6h，冷卻至室溫後離心分離，分離後的物質用無水乙醇連續洗5次，真空乾燥；製得油溶性四氧化三錳納米粒子。
[0016]採用球磨的方法將含有丙烯腈低聚物的溶液與上述油溶性四氧化三錳納米粒子混合均勻，按質量比，丙烯腈低聚物:油溶性四氧化三錳納米粒子為0.3:1，蒸發溶劑，室溫乾燥。
[0017]在220 °0恆溫固化3h，然後研磨，在氬氣氣氛保護下，-900 °C鍛燒4h，丙烯腈低聚物經煅燒在納米磁性氧化鐵粉體粒子表面形成碳包覆層，製得錳基磁性材料碳複合粉體。
[0018]比較例
取100ml共沉澱合成方法製備得到Μη304納米粒子水相懸浮液加入反應器中，攪拌並通氮氣後，加入10ml 1%的檸檬酸水溶液，並在70°C溫度下反應10分鐘，結束反應冷卻至室溫，磁性分離，洗滌後，重新分散在超純水中，作為磁性納米粒子儲備液；還原劑溶液配製及預處理:取0.0017g檸檬酸鈉溶解於33.20ml水中，形成還原劑水溶液，並調解其pH值至9。金磁微粒的製備:將2.015ml濃度為6.2mg/ml的磁性納米粒子與4ml的檸檬酸鈉溶液混合，並利用超聲分散均勻，待檸檬酸鈉溶液加熱至沸騰時將磁性納米粒子與檸檬酸鈉混合溶液加入反應器中；當溶液再次沸騰時加入2.7ml質量分數1%氯金酸溶液，反應5小時。反應結束，停止加熱，自然冷卻至室溫，停止攪拌；磁性分離，除去上清後，用超純水反覆洗滌至中性，得到磁性微粒。
[0019]對實施例1-2及比較例的磁性材料進行磁性能測試。測試結果顯示:實施例1-2得到的磁性材料的的飽和磁場比比較例提高了 6.1-8.3emu/g以上，在酸性環境中的使用壽命提高30%以上。
【權利要求】
1.一種碳複合錳基磁性材料的製備方法，該方法包括如下步驟: (I)製備四氧化三錳粒子 配製濃度為l-2mol/L的MnCl2溶液，向上述MnCl 2溶液中加入濃度為40mmol/L的乙醯丙酮溶液，其中MnCl2溶液與乙醯丙酮溶液的重量比為1:3-4 ;室溫下攪拌20_30min，加入三乙胺，抽取反應液中的黃色沉澱物並過濾，其中三乙胺與上述MnCl^液的重量比為2:3-4； 配製體積比為7: 3的丙酮與水混合溶液，將抽取過濾得到的上述黃色沉澱物加到上述丙酮與水混合溶液，保持50-65°C的溫度，攪拌至完全溶解，室溫冷卻，過濾溶液中黃色針狀結晶，得乙醯丙酮合錳前驅體； 取上述步驟製得到的乙醯丙酮合錳前驅體溶解油胺中，其中乙醯丙酮合錳前驅體與油胺的質量比為1:20-25，抽真空，在氬氣氛圍中磁力攪拌，快速加熱到180-190°C，恆溫反應6-8h，冷卻至室溫後離心分離，分離後的物質用無水乙醇連續洗3-5次，真空乾燥；製得油溶性四氧化三錳納米粒子； (2)碳包覆 採用球磨的方法將含有丙烯腈低聚物的溶液與上述油溶性四氧化三錳納米粒子混合均勻，按質量比，丙烯腈低聚物:油溶性四氧化三錳納米粒子為0.1-0.3:1，蒸發溶劑，室溫乾燥； 在190-220 °0直溫固化3-5h，然後研磨，在氬氣氣氛保護下，750-900 °C鍛燒4_6h，丙烯腈低聚物經煅燒在納米磁性氧化鐵粉體粒子表面形成碳包覆層，製得錳基磁性材料碳複合粉體。
【文檔編號】C01G45/02GK104495940SQ201510000274
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月1日 優先權日:2015年1月1日
【發明者】陳紅 申請人:陳紅