專利名稱：一種磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子的制備。
背景技術(shù)：
鐵氧體材料由于具有良好的電磁學性能，已作為磁性功能材料被廣泛使用，如軟磁、硬磁、矩磁、旋磁、壓磁及吸波等材料，尤其適合于作高頻磁性材料。磁鉛石型鐵氧體顆粒材料屬于單軸六角晶系鐵氧體，它具有較大的單軸磁晶各向異性常數(shù)，應用非常廣泛。鐵氧體材料的制備主要包括固相法和液相法，固相法制備鐵氧體是把相關(guān)鹽類按一定比例混合、研磨，再經(jīng)過煅燒獲得。液相法是選擇合適的可溶性金屬鹽類，按所制備的材料組成計量配制成溶液，使各元素呈離子或分子態(tài)，再選擇一種合適的沉淀劑或用蒸發(fā)、 升華、水解等操作，使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，最后將沉淀或結(jié)晶的固體脫水或加熱分解而得到所需要的粉體。用于制備鐵氧體納米粒子的液相法很多，如共沉淀法、水熱法、 氣泡液膜法、溶膠凝膠法等。目前制備磁鉛石型鐵氧體納米粒子的主要存在以下問題(1)固相法操作簡單， 但所用原材料不如液相法混合均勻，并且高溫下很難得到納米粒子。(2)通過液相法獲得的前驅(qū)體材料，在溫度低于100(TC下能夠得到納米顆粒，但晶體結(jié)構(gòu)不完整，材料性能不易達到要求；而在溫度高于100(TC時不易得到納米顆粒，一般顆粒為微米級，且多為片狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種碳納米管模板法制備磁鉛石型鋇鐵氧體(BaFe12O19)納米粒子的方法。一種磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子的制備方法，其特征在于包括以下步驟按摩爾份數(shù)計
第一步，取0. 7-7. 5摩爾份數(shù)的大內(nèi)徑薄壁碳納米管，放入到25摩爾份數(shù)的濃硫酸和 10摩爾份數(shù)的濃硝酸的混合溶液中，在80°C下水浴中回流2小時；
第二步，上述經(jīng)混酸處理的碳納米管冷卻至室溫后，過濾或離心，得到的固體經(jīng)蒸餾水洗滌至中性，烘干；
第三步，制備前驅(qū)體溶液稱取硝酸鋇1摩爾份數(shù)、硝酸鐵12摩爾份數(shù)和檸檬酸觀-38 摩爾份數(shù)混合，室溫下，把上述混合物放入蒸餾水中至全部溶解后，使用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH 值至6. 0 7. 0之間，獲得前驅(qū)體溶液；
第四步，把第二步中烘干后的碳納米管加入到前驅(qū)體溶液中，攪拌半小時，并靜置 12小時后，經(jīng)過濾或離心分離固體和液體，得到吸附和填充前驅(qū)體液體的碳納米管，在 800C _120°C的溫度下干燥；第五步，將烘干后的碳納米管放入電阻爐中，在空氣氣氛中升溫至450°C，并在該溫度下保溫3小時，在空氣氣氛中加熱至1200°C，并在該溫度下保溫4小時后，自然冷卻至室溫， 得到磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒，其平均直徑大約為25 nm。其中大內(nèi)徑薄壁碳納米管為中國科學院成都有機化學有限公司生產(chǎn)，碳納米管外徑 30-60nm，內(nèi)徑 20_50nm。其中濃硫酸(的質(zhì)量分數(shù)為95 % -98 % )，濃硝酸(HNO3的質(zhì)量分數(shù)為 65% -68%)。有益效果
1、碳納米管具有較大的比表面積，其表面可以吸附更多的溶液，并且其中空的結(jié)構(gòu)，可使液體填充其中，因此碳納米管可作為制備無機納米材料的模板。本發(fā)明利用碳納米管的這種性質(zhì)首先獲得吸附和填充前驅(qū)體液體的碳納米管，當煅燒時，由于碳納米管的這種阻隔和限制效應，阻礙了晶體的生長，得到鐵氧體納米粒子，并且碳納米管在高溫時能被氧化清除。2、鐵氧體納米材料與通常的塊體材料相比，由于其小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應以及宏觀隧道效應等，使其成為一種非常有潛力的電磁功能材料，因此制備高純度、結(jié)晶完整的鐵氧體納米材料具有重要意義。磁鉛石型鐵氧體納米粒子一般在溫度高于 1000°C時不易獲得，通常在這樣的高溫條件下得到的是微米級的片狀粒子；而在低溫條件下通過溶膠凝膠、共沉淀等方法雖然可以獲得納米粒子，但通常晶體結(jié)晶不完整，含較多的雜相，并且粒子形貌多為棒狀。而通過本發(fā)明在1200°c的高溫下制備的這種磁鉛石型鐵氧體納米粒子具有結(jié)晶完整、雜相少、粒徑小等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明使用的經(jīng)混酸處理后的碳納米管，管內(nèi)徑20 50nm，外徑30 60nmo圖2是本發(fā)明制備的鋇鐵氧體粒子的X射線衍射(XRD)圖，對應JCPDS卡號 43-0002。圖3是本發(fā)明制備的鋇鐵氧體納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)圖，粒子為球形， 粒徑約為25nm。
具體實施例方式實施例1
第一步，分別量取2. 80332mol濃硫酸和1. 11093mol的硝酸共同倒入500 ml的錐形瓶中后，取0. 08333mol碳納米管加入到上述錐形瓶中，然后在80°C水浴條件下使用冷凝回流裝置處理2小時。第二步，上述經(jīng)混酸處理的碳納米管冷卻后，過濾或離心，得到的固體經(jīng)蒸餾水洗滌至PH值為中性，80 V下烘干。第三步，分別稱取0. 00075mol硝酸鋇[Ba (NO3) 2] >0. 00900mol硝酸鐵 [Fe (NO3)3 ·9Η20]和0. 02115mol檸檬酸(C6H8O7 -H2O)放入燒杯中，再往燒杯中加入蒸餾水，邊加蒸餾水邊攪拌，直至固體全部溶解后，使用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值至7. 0。第四步，把第二步中烘干后的碳納米管加入第三步的溶液中，攪拌約半小時，并靜置約12小時后，經(jīng)過濾或離心分離固體和液體，得到吸附和填充前驅(qū)體液體的碳納米管， 將得到的碳納米管在80°C 120°C的溫度下干燥。第五步，將烘干后的碳納米管轉(zhuǎn)移到坩堝中，再把坩堝放入電阻爐中，在空氣氣氛中經(jīng)30分鐘升溫至450°C，并在該溫度下保溫3小時；再經(jīng)70分鐘升溫到1200°C，并在該溫度下保溫4小時后，自然冷卻至室溫，得到磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子。圖2和圖3分別是經(jīng)過本方法得到的鐵氧體粒子的XRD圖和TEM圖。從XRD圖可以看出通過本方法得到的固體相為六方晶型BaFe12O19，對應JCPDS卡號43-0002。從TEM 圖可以看出粒子呈球形，粒徑約為25 nm。實施例2
第一步，分別量取2. 80332mol濃硫酸和1. 11093mol的硝酸共同倒入500 ml的錐形瓶中后，取0. 83333mol碳納米管加入到上述錐形瓶中，然后在80°C水浴條件下使用冷凝回流裝置處理2小時。第二步，上述經(jīng)混酸處理的碳納米管冷卻后，過濾或離心，得到的固體經(jīng)蒸餾水洗滌至PH值為中性，80 V下烘干。第三步，分別稱取0.00075mol硝酸鋇[Ba (NO3) 2]、0. 00900mol硝酸鐵 [Fe (NO3)3 ·9Η20]和0. 02115mol檸檬酸(C6H8O7 -H2O)放入燒杯中，再往燒杯中加入蒸餾水， 邊加蒸餾水邊攪拌，直至固體全部溶解后，使用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值至7. 0。第四步，把第二步中烘干后的碳納米管加入第三步的溶液中，攪拌約半小時，并靜置約12小時后，經(jīng)過濾或離心分離固體和液體，得到吸附和填充前驅(qū)體液體的碳納米管， 將得到的碳納米管在80°C 120°C的溫度下干燥。第五步，將烘干后的碳納米管轉(zhuǎn)移到坩堝中，再把坩堝放入電阻爐中，在空氣氣氛中經(jīng)30分鐘升溫至450°C，并在該溫度下保溫3小時；再經(jīng)70分鐘升溫到1200°C，并在該溫度下保溫4小時后，自然冷卻至室溫，得到磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子。實施例3
第一步，分別量取2. 80332mol濃硫酸和1. 11093mol的硝酸共同倒入500 ml的錐形瓶中后，取0. 08333mol碳納米管加入到上述錐形瓶中，然后在80°C水浴條件下使用冷凝回流裝置處理2小時。第二步，上述經(jīng)混酸處理的碳納米管冷卻后，過濾或離心，得到的固體經(jīng)蒸餾水洗滌至PH值為中性，80 V下烘干。第三步，分別稱取0.00075mol硝酸鋇[Ba (NO3) 2]、0. 00900mol硝酸鐵 [Fe (NO3)3 ·9Η20]和0. 02850mol檸檬酸(C6H8O7 -H2O)放入燒杯中，再往燒杯中加入蒸餾水， 邊加蒸餾水邊攪拌，直至固體全部溶解后，使用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值至7. 0。第四步，把第二步中烘干后的碳納米管加入第三步的溶液中，攪拌約半小時，并靜置約12小時后，經(jīng)過濾或離心分離固體和液體，得到吸附和填充前驅(qū)體液體的碳納米管， 將得到的碳納米管在80°C 120°C的溫度下干燥。第五步，將烘干后的碳納米管轉(zhuǎn)移到坩堝中，再把坩堝放入電阻爐中，在空氣氣氛中經(jīng)30分鐘升溫至450°C，并在該溫度下保溫3小時；再經(jīng)70分鐘升溫到1200°C，并在該溫度下保溫4小時后，自然冷卻至室溫，得到磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子。
權(quán)利要求
1.一種磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子的制備方法，其特征在于包括以下步驟按摩爾份數(shù)計第一步，取0. 7-7. 5摩爾份數(shù)的大內(nèi)徑薄壁碳納米管，放入到25摩爾份數(shù)的濃硫酸和 10摩爾份數(shù)的濃硝酸的混合溶液中，在80°C下水浴中回流2小時；第二步，上述經(jīng)混酸處理的碳納米管冷卻至室溫后，過濾或離心，得到的固體經(jīng)蒸餾水洗滌至中性，烘干；第三步，制備前驅(qū)體溶液稱取硝酸鋇1摩爾份數(shù)、硝酸鐵12摩爾份數(shù)和檸檬酸觀-38 摩爾份數(shù)混合，室溫下，把上述混合物放入蒸餾水中至全部溶解后，使用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH 值至6. 0 7. 0之間，獲得前驅(qū)體溶液；第四步，把第二步中烘干后的碳納米管加入到前驅(qū)體溶液中，攪拌半小時，并靜置 12小時后，經(jīng)過濾或離心分離固體和液體，得到吸附和填充前驅(qū)體液體的碳納米管，在 800C _120°C的溫度下干燥；第五步，將烘干后的碳納米管在空氣氣氛中升溫至450°C，并在該溫度下保溫3小時， 在空氣氣氛中加熱至1200°C，并在該溫度下保溫4小時，自然冷卻至室溫，獲得磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子的制備方法，其特征在于所述的大內(nèi)徑薄壁碳納米管的外徑為30-60nm，內(nèi)徑為20-50nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子的制備方法，其特征在于步驟第五步中獲得到的磁鉛石型鋇鐵氧體納米粒子的平均直徑為25 nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米磁鉛石型鐵氧體BaFe12O19的高溫制備方法。包括以下步驟首先，按鋇和鐵的物質(zhì)的量的比為1:12稱取硝酸鋇[Ba(NO3)2]和硝酸鐵[Fe(NO3)3·9H2O]，并按檸檬酸(C6H8O7·H2O)與硝酸鋇和硝酸鐵的物質(zhì)的量的比分別為(3-4):2和(9-12):4稱取檸檬酸，共同溶于蒸餾水中，使用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至6.0～7.0之間，再稱取適量的大內(nèi)徑薄壁碳納米管加入到上述溶液中，攪拌，靜置；然后，將上述混合物過濾或離心，收集到的固體干燥；最后，將干燥的固體放入電阻爐中在空氣氣氛下煅燒，過程如下從室溫升溫到450℃，保溫3小時，再升溫到1200℃，保溫4小時，自然冷卻至室溫，得到鐵氧體納米顆粒。
文檔編號C04B35/26GK102442821SQ20101057208
公開日2012年5月9日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者杜亞軍, 沈國柱, 程國生, 虞超, 陳燁 申請人:南京信息工程大學