專利名稱：一種溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體(Co_1-xNi_xFe₂O₄)磁性納米粉體的方法
技術領域：
本發(fā)明屬鈷鎳鐵氧體(CcvxNixFe2O4)磁性納米粉體的制備領域，特別是涉及一種 溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體(CcvxNixFe2O4)磁性納米粉體的方法。
背景技術：
納米磁性微粒具有獨特的結(jié)構和磁性能，在生物、醫(yī)學、環(huán)保等眾多領域都有廣泛 的應用前景。通過離子部分替代而形成的非單一型鐵氧體，其性質(zhì)往往具有很寬的可選擇 范圍，從而滿足不同應用的需要，很多研究工作也圍繞這一思路而展開。CoFe2O4鐵氧體是一種性能優(yōu)良的永磁材料，具有磁化強度高，磁晶各向異性常數(shù) 大，化學穩(wěn)定性好等優(yōu)良性能。然而，CoFe2O4鐵氧體的磁晶各向異性常數(shù)K1為+3. 8 X IO5J/ m3，不利于其獲得較高起始磁化率或起始磁導率。因此，通過軟磁NiFe2O4鐵氧體(K1 為-6. 7 X 103J/m3)與其復合，讓Ni2+部分取代Co2+，可以有效地對CoFe2O4鐵氧體的微結(jié)構、 磁晶各向異性常數(shù)K1和磁致伸縮系數(shù)λ等參數(shù)進行調(diào)控，從而可以獲得具有優(yōu)異電磁性 能的納米CcvxNixFe2O4 (O ^ χ ^ 1. 0)復合鐵氧體。目前國內(nèi)外制備鈷鎳鐵氧體的主要方法有共沉淀法、水熱法、傳統(tǒng)陶瓷法 和溶膠-凝膠法等。Sonal Singhal 等人在 Journal of Solid State Chemistry 178(2005)3183-3189上報到了利用噴霧煅燒法制備了粒徑大約為IOnm的CcvxNixFe2O4納 米微球。Jing Jiang 在 MaterialsLetters 61 (2007) 3239-3242 上報到了以乙二醇為溶劑 的蒸汽冷凝回流法合成Co少量摻雜(Nia8Coa2Fe2O4)的CcvxNixFe2O4納米微球。I. H. Gul 等人在Scripta Materialia 56(2007)497-500上報到了利用共沉淀制備的平均顆粒尺寸 在14 21nm的CcvxNixFe2O4 (x = O 0. 5)鐵氧體納米粉體。Xiao Jia等人在Journal ofPhysics Chemistry C 112 (2008) 911 917 以正辛醇為溶劑的溶劑熱合成Nia8Coa2Fe2O4 磁性納米顆粒。N. N. Gedam等人在 Journal of Sol-GelScience and Technology (2009) 50 296-300上報到了利用溶膠-凝膠法制備的CcvxNixFe2O4 (χ = 0. 2)鐵氧體納米顆粒，平均 晶粒尺寸為30nm。K. Maaz等人在Physica E 41 (2009) 593 599上報到了利用共沉淀法 來制備CcvxNixFe2O4鐵氧體納米顆粒。然而目前制備CcvxNixFe2O4的方法主要存在以下缺陷工藝步驟較復雜、成本較 高，而且所制得的CcvxNixFe2O4晶相不純、顆粒度較大。因此尋找一步法制備晶相純、晶粒尺 寸較小的、磁化強度較高的納米CcvxNixFe2O4成為研究的熱點。目前未見采用以乙二醇甲醚 為溶劑在較低溫度范圍內(nèi)(180 220°C )來制備CcvxNixFe2O4磁性納米粉體的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體(CcvxNixFe2O4) 磁性納米粉體的方法，該制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的CcvxNixFe2O4磁性納米 粉體晶相純、晶粒度較小、磁化強度高。
本發(fā)明的一種溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體(CcvxNixFe2O4)磁性納米粉體的方法，包 括(1)反應液的配置在室溫下，稱取可溶性鐵鹽、鎳鹽和鈷鹽，其中Ni2+和Co2+的摩爾數(shù)比為1 4 4 l，Ni2+、Co2+的摩爾數(shù)之和與Fe3+的摩爾數(shù)之比為1 2 ；分散到分析純乙二醇甲醚溶液 中，待完全溶解后，溶解到分析純的乙二醇甲醚溶液中，溶液中Fe3+的摩爾濃度為0. OSmol/ L 0. 125mol/L，然后加入與Fe3+的摩爾數(shù)之比為8 1 12 1的無水乙酸鈉，攪拌，使 上述物質(zhì)溶解，形成反應液；(2)溶劑熱反應將上述反應液放入反應釜中，升溫至180 220°C，反應8 16h ；(3) Co1^xNixFe2O4磁性納米粉體的收集與洗滌反應結(jié)束后，冷卻至室溫，分別用蒸餾水、無水乙醇洗滌產(chǎn)物并離心分離3次，烘 干得到CcvxNixFe2O4磁性納米粉體。所述步驟(1)中的鐵鹽為Fe (NO3) 3 · 9H20,鈷鹽為Co (NO3) 2 · 6H20,鎳鹽為 Ni (NO3)2 · 6H20。所述步驟(1)中的攪拌速度為300 600轉(zhuǎn)/min，時間20 40min。所述步驟(3)中的烘干溫度為40 80°C，時間為12 24h。通過調(diào)節(jié)鐵鹽、鈷鹽、鎳鹽的比例，得到不同組成的CcvxNixFe2O4(0 < χ < 1)磁性 納米粉體。本制備方法相對于普通的液相法，磁性納米顆粒在有機相中更穩(wěn)定，不易生成雜 質(zhì)相。由于在液相中，磁性納米粒子因受到溶液離子強烈的靜電吸引力的作用極易團聚，因 此本方法選用靜電穩(wěn)定性好的無水乙酸鈉作為堿性試劑加入，以防止CcvxNixFe2O4的大規(guī) 模團聚。有益效果(1)本發(fā)明的制備方法簡單，對生產(chǎn)設備要求低，易于工業(yè)化生產(chǎn)；(2)所制備的CcvxNixFe2O4磁性納米粉體晶相純、晶粒度較小，磁化強度高。


圖1為合成粉體的X射線衍射圖；圖2為合成粉體的掃描電鏡照片；圖3為合成粉體的磁滯回線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。實施例1稱取2. 0192g九水硝酸鐵、0. 5821g六水硝酸鈷、0. 1454g六水硝酸鎳，加入三口燒瓶，再加入50ml分析純的乙二醇甲醚溶液，經(jīng)充分攪拌，溶液中Fe3+摩爾濃度為0. lmol/L。 再加入1. Sg無水乙酸鈉、在轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘下機械攪拌30min，待完全溶解后，再將上 述溶液倒入反應釜中，升溫至200°C，反應12h。反應結(jié)束，產(chǎn)物分別用蒸餾水和無水乙醇洗 滌、離心分離3次，然后將產(chǎn)物在80°C下干燥12h，得到CcvxNixFe2O4納米粉體。圖1為本實 施例合成粉體的X射線衍射圖，圖中的衍射峰表明該納米粉體為Coa8Nia2Fe2O4，謝樂公式 計算表明合成粉體的晶粒粒徑約為4. 4nm。圖2為合成粉體的掃描電鏡照片，可以看出該 粉體中的Coa8Nia2Fe2O4納米顆粒是由多個Coa8Nia2Fe2O4納米晶粒定向聚集而成的微米顆 粒。圖3是該磁性納米粉體的磁滯回線圖，可以看出該納米粉體的磁化強度較高，達到約 55emu/g。實施例2稱取2. 0192g九水硝酸鐵、0. 4366g六水硝酸鈷、0. 2908g六水硝酸鎳，加入三口燒 瓶，再加入40ml分析純的乙二醇甲醚溶液，經(jīng)充分攪拌，溶液中Fe3+摩爾濃度為0. 125mol/ L。再加入3. Og無水乙酸鈉、在轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘下機械攪拌40min，待完全溶解后，再將 上述溶液倒入反應釜中，升溫至220°C，反應8h。反應結(jié)束，產(chǎn)物分別用蒸餾水和無水乙醇 洗滌、離心分離3次，然后將產(chǎn)物在40°C下干燥24h，得到CcvxNixFe2O4納米粉體。XRD測試結(jié) 果表明該納米粉體為Coa6Nia4Fe2O4，謝樂公式計算表明合成粉體的晶粒粒徑約為5. Inm0 掃描電鏡觀察表明該納米粉體中的Coa6Nia4Fe2O4納米顆粒是由多個Coa6Nia4Fe2O4納米 晶粒定向聚集而成的微米顆粒。磁滯回線圖測試表明該納米粉體具有良好的磁性能。實施例3稱取2. 0192g九水硝酸鐵、0. 3638g六水硝酸鈷、0. 3635g六水硝酸鎳，加入三口燒 瓶，再加入60ml分析純的乙二醇甲醚溶液，經(jīng)充分攪拌，溶液中Fe3+摩爾濃度為0. 083mol/ L。再加入4. 5g無水乙酸鈉、在轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘下機械攪拌20min，待完全溶解后，再將 上述溶液倒入反應釜中，升溫至180°C，反應16h。反應結(jié)束，產(chǎn)物分別用蒸餾水和無水乙醇 洗滌、離心分離3次，然后將產(chǎn)物在60°C下干燥18h，得到CcvxNixFe2O4納米粉體。XRD測試結(jié) 果表明該納米粉體為Coa5Nia5Fe2O4，謝樂公式計算表明合成粉體的晶粒粒徑約為5. 2nm。 掃描電鏡觀察表明該納米粉體中的Coa5Nia5Fe2O4納米顆粒是由多個Coa5Nia5Fe2O4納米 晶粒定向聚集而成的微米顆粒。磁滯回線圖測試表明該納米粉體具有良好的磁性能。實施例4稱取2. 0192g九水硝酸鐵、0. 291 Ig六水硝酸鈷、0. 4362g六水硝酸鎳，加入三口燒 瓶，再加入45ml分析純的乙二醇甲醚溶液，經(jīng)充分攪拌，溶液中Fe3+摩爾濃度為0. Illmol/ L。再加入6. Og無水乙酸鈉、在轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘下機械攪拌25min，待完全溶解后，再將 上述溶液倒入反應釜中，升溫至210°C，反應10h。反應結(jié)束，產(chǎn)物分別用蒸餾水和無水乙醇 洗滌、離心分離3次，然后將產(chǎn)物在50°C下干燥20h，得到CcvxNixFe2O4納米粉體。XRD測試結(jié) 果表明該納米粉體為Coa4Nia6Fe2O4，謝樂公式計算表明合成粉體的晶粒粒徑約為5. Inm0 掃描電鏡觀察表明該納米粉體中的Coa4Nia6Fe2O4納米顆粒是由多個Coa4Nia6Fe2O4納米 晶粒定向聚集而成的微米顆粒。磁滯回線圖測試表明該納米粉體具有良好的磁性能。實施例5稱取2. 0192g九水硝酸鐵、0. 1455g六水硝酸鈷、0. 5816g六水硝酸鎳，加入三口燒 瓶，再加入55ml分析純的乙二醇甲醚溶液，經(jīng)充分攪拌，溶液中Fe3+摩爾濃度為0. 091mol/L。再加入4. Og無水乙酸鈉、在轉(zhuǎn)速為560轉(zhuǎn)/分鐘下機械攪拌35min，待完全溶解后，再將 上述溶液倒入反應釜中，升溫至190°C，反應14h。反應結(jié)束，產(chǎn)物分別用蒸餾水和無水乙醇 洗滌、離心分離3次，然后將產(chǎn)物在60°C下干燥20h，得到CcvxNixFe2O4納米粉體。XRD測試結(jié) 果表明該納米粉體為Coa2Nia8Fe2O4，謝樂公式計算表明合成粉體的晶粒粒徑約為6. 7nm。 掃描電鏡觀察表明該納米粉體中的Coa2Nia8Fe2O4納米顆粒是由多個Coa2Nia8Fe2O4納米 晶粒定向聚集而成的微米顆粒。磁滯回線圖測試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
權利要求
一種溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體Co1 xNixFe2O4磁性納米粉體的方法，包括(1)反應液的配置在室溫下，稱取可溶性鐵鹽、鎳鹽和鈷鹽，其中Ni2+和Co2+的摩爾數(shù)比為1∶4～4∶1，Ni2+、Co2+的摩爾數(shù)之和與Fe3+的摩爾數(shù)之比為1∶2；溶解到分析純的乙二醇甲醚溶液中，溶液中Fe3+的摩爾濃度為0.08mol/L～0.125mol/L，然后加入與Fe3+的摩爾數(shù)之比為8∶1～12∶1的無水乙酸鈉，攪拌，使上述物質(zhì)溶解，形成反應液；(2)溶劑熱反應將上述反應液放入反應釜中，升溫至180～220℃，反應8～16h；(3)Co1 xNixFe2O4磁性納米粉體的收集與洗滌反應結(jié)束后，冷卻至室溫，分別用蒸餾水、無水乙醇洗滌產(chǎn)物并離心分離3次，烘干得到Co1 xNixFe2O4磁性納米粉體。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體CcvxMxFe2O4磁性納米粉體的 方法，其特征在于所述步驟(1)中的鐵鹽為Fe (NO3)3 · 9H20，鈷鹽為Co (NO3)2 · 6H20，鎳鹽 為 Ni (NO3)2 · 6H20。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體CcvxMxFe2O4磁性納米粉體的 方法，其特征在于所述步驟(1)中的攪拌速度為300 600轉(zhuǎn)/min，時間20 40min。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體CcvxMxFe2O4磁性納米粉體的 方法，其特征在于所述步驟(3)中的烘干溫度為40 80°C，時間為12 24h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溶劑熱法制備鈷鎳鐵氧體Co1-xNixFe2O4磁性納米粉體的方法，包括(1)在室溫下，稱取可溶性鐵鹽、鎳鹽和鈷鹽，分散到乙二醇甲醚溶液中，待完全溶解后加入無水乙酸鈉，攪拌，形成反應液；(2)放入反應釜中，升溫至180～220℃，反應8～16h；(3)冷卻至室溫，分別用蒸餾水、無水乙醇洗滌產(chǎn)物，烘干即得Co1-xNixFe2O4磁性納米粉體。本發(fā)明的制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的Co1-xNixFe2O4磁性納米粉體晶相純、晶粒尺寸小、磁化強度高。
文檔編號C04B35/626GK101891483SQ20101022285
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權日2010年7月9日
發(fā)明者唐亞, 張青紅, 李耀剛, 王宏志 申請人:東華大學