專利名稱：一種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，屬于エ藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
富勒烯的發(fā)現(xiàn)最初始于天文學(xué)領(lǐng)域的研究，1985年美國休斯頓賴斯大學(xué)Smalley和英國Kroto為了研究星際間碳塵的結(jié)構(gòu)，利用煙火法合成了 C6tl，得到其組成及結(jié)構(gòu)。此后迅速引起了人們的廣泛興趣，成為ー個研究的熱點。除C6tlタト，具有封閉籠狀結(jié)構(gòu)的還可能有(:28、(:32、(:5(|、(:7(|、(:84……C24Q、C54tl，這種封閉籠狀結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為富勒烯。1991年Iijima等發(fā)現(xiàn)可填充物質(zhì)的碳納米管，引起研究者的極大興趣。1993年美國和日本科學(xué)家在摻La
的陽極石墨棒電弧放電后的碳灰中 發(fā)現(xiàn)ー種新穎的核/殼---碳包裹碳化鑭顆粒。碳包裹
金屬納米顆粒(carbon-encapsulated metal nanoparticles)是一種新型的金屬-碳復(fù)合納米材料，由單層或者多層石墨包裹(売)的金屬納米顆粒(核)，是ー類富勒烯金屬化合物的重要分支。材料科學(xué)的重要課題之ー是發(fā)展集優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和機(jī)械性能于一體的新型材料。這類新奇結(jié)構(gòu)擴(kuò)展了被包裹納米材料的應(yīng)用范圍，使其具有獨特的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。通常情況下，當(dāng)金屬顆粒變小，它的氧化反應(yīng)性就增強(qiáng)，納米級的金屬遇到空氣就會自燃，從而無法應(yīng)用。碳材料不僅耐酸堿腐蝕，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，金屬核能受到碳?xì)さ挠行ПＷo(hù)，避免氧化、水解和腐蝕，碳層的存在還能增強(qiáng)與生物體之間的相容性，在醫(yī)學(xué)上有著廣泛的用途。碳材料還是理想的金屬催化劑載體，碳包裹金屬納米材料具有奇特的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于催化劑、高密度磁記錄、鐵磁流體、微電子技術(shù)、光電子輻射領(lǐng)域。過去十幾年，很多種方法成功合成了碳包裹金屬納米顆粒，主要包括電弧放電法、化學(xué)氣相沉淀法(CVD)、離子束/激光束濺射、機(jī)械球磨、高溫?zé)峤夥ǖ?。但是這些方法都有其固有缺點，電弧法所用設(shè)備較為復(fù)雜和昂貴，エ藝參數(shù)不易控制，耗能大，成本高，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)面臨很大的挑戰(zhàn)。與電弧放電法相比，CVD法的成本較低，產(chǎn)量和產(chǎn)率都比較高，但是得到產(chǎn)物的粒徑不均勻，碳結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，前期前體的制備エ藝比較復(fù)雜，提純處理不方便。與其它方法相比較，爆轟法的最大優(yōu)點是速度快、效率高、節(jié)省能源和經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種低成本，可エ業(yè)化生產(chǎn)的碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，適用于電學(xué)、磁學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，所述方法步驟如下:步驟一、將炸藥、金屬單質(zhì)和含碳有機(jī)物混合作為反應(yīng)物；步驟ニ、將反應(yīng)物壓制成塊體，裝入反應(yīng)器中密封抽真空，將反應(yīng)器加熱至200-250° C發(fā)生爆炸，得到所述碳包裹磁性金屬納米顆粒。
其中，在步驟一中，炸藥、金屬單質(zhì)、含碳有機(jī)物按1:0.08、.1:0.r2的質(zhì)量比加入;優(yōu)選在步驟ニ中，將反應(yīng)物壓制成密度為1.2^1.6g/cm3的圓柱體；優(yōu)選步驟一中所述炸藥為黑索今、特屈兒或奧克托金；所述金屬單質(zhì)為金屬鈷或金屬鎳，粒度為20(T300目；所述含碳有機(jī)物為雙氰胺或三聚氰胺。有益效果本發(fā)明提供了一種低成本，可エ業(yè)化生產(chǎn)的碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，利用爆炸產(chǎn)生的瞬間高溫、高壓作用，使含碳有機(jī)物和金屬單質(zhì)在炸藥的氣相爆轟化學(xué)反應(yīng)中，碳與金屬在分子水平均勻混合，在瞬間的高溫高壓環(huán)境及快速的冷卻速度下，得到碳包裹磁性金屬納米顆粒。本發(fā)明對于碳包覆納米磁性粒子的開發(fā)和應(yīng)用具有重要的理論意義和實用價值，對于其他材料的爆炸合成也具有很好的指導(dǎo)意義。


圖1為爆炸合成裝置示意圖；圖2為實施例1所得產(chǎn)物中，碳包裹納米鎳顆粒的高分辨透射電鏡(HRTEM)圖；圖3為實施例1所得產(chǎn)物中，碳納米管的HRTEM圖；圖4為實施例1所得產(chǎn)物的磁滯回線圖；其中，1-壓カ表、2-閥門、3-反應(yīng)釜、4-電加熱套、5-反應(yīng)物。
具體實施例方式其中，實施例1、所用爆炸合成裝置包括壓カ表1、閥門2、反應(yīng)釜3、電加熱套4，在反應(yīng)釜3上方設(shè)有壓力表I和閥門2，反應(yīng)釜3外部包覆電加熱套4。實施例1稱取5g黑索今、0.5g鎳粉(200目)和2g雙氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為1.2-1.6g/cm3的圓柱體，放入體積為50ml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至200° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為1.4g。分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鎳顆粒(圖2)和少量的納米碳(圖3)，還有部分未包裹的金屬鎳。其中碳包裹鎳納米顆粒產(chǎn)量為50%，粒徑分布為10-40nm，包裹層為石墨層和無定形碳，金屬核為鎳，沒有碳化鎳生成。圖4為產(chǎn)物的磁滯回線圖，其中橫坐標(biāo)為磁場強(qiáng)度，縱坐標(biāo)為磁感應(yīng)強(qiáng)度，可知所述產(chǎn)物具有很窄的磁滯回線，說明所得產(chǎn)物具有超順磁性。實施例2稱取5g黑索今、0.5g鎳粉(200目)和5g雙氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為(L 2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為50ml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至220° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為2.2g。分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鎳顆粒,少量的納米碳和納米管。其中碳包裹鎳納米顆粒產(chǎn)量為80%，粒徑分布為20-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鎳，沒有碳 化鎳生成，所得產(chǎn)物具有超順磁性。實施例3
稱取5g黑索今、0.5g鎳粉(200目)、8g雙氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為IOOml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至230° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為2.4g。分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鎳顆粒和納米管。其中碳包裹鎳納米顆粒產(chǎn)量為40%，粒徑分布為20-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鎳，沒有碳化鎳生成，所得產(chǎn)物具有超順磁性。實施例4稱取5g黑索今、0.5g鎳粉(200目)、5g三聚氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為IOOml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至218° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為2.1go分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鎳顆粒和納米碳,少量納米管。其中碳包裹鎳納米顆粒產(chǎn)量為80%,粒徑分布為20-60nm,包裹層為石墨層，金屬核為鎳，沒有碳化鎳生成，所得產(chǎn)物具有超順磁性。實施例5稱取5g黑索今、0.4g鈷粉(200目)、4g雙氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為50ml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至218° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為1.8g。分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鈷顆粒和碳納米管，少量納米碳線。其中碳包裹鈷納米顆粒產(chǎn)量為80%,粒徑分布為20-50nm,包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產(chǎn)物具有超順磁性。實施例6稱取5g黑索今、0.4g鈷粉(200目)、2g雙氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為50ml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至218° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為1.5g。分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鈷金屬顆粒和未被包裹的金屬鈷,少量納米碳線。其中碳包裹鈷納米顆粒產(chǎn)量為60%,粒徑分布為10-40nm，包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產(chǎn)物具有超順磁性。實施例7稱取5g黑索今、0.4g鈷粉(200目)、5g三聚氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為(L 2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為50ml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至218° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為1.8g。分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鈷顆粒和碳納米管。其中碳包裹鈷納米顆粒產(chǎn)量為80%，粒徑分布為30-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產(chǎn)物具有超順磁性。實施例8稱取5g特屈兒、0.5g鎳粉(200目)、IOg雙氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為IOOml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至220° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為2.lg。分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鈷顆粒和碳納米管。其中碳包裹鎳納米顆粒產(chǎn)量為90%，粒徑分布為20-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產(chǎn)物具有超順磁性。實施例9稱取5g特屈兒、0.5g鈷粉(200目)、IOg雙氰胺，混合均勻，利用壓機(jī)將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為IOOml的反應(yīng)釜，關(guān)閉閥門，密封反應(yīng)釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至225° C發(fā)生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應(yīng)釜內(nèi)氣體排出，收集固體產(chǎn)物，所得產(chǎn)物重量為2.2g。分析產(chǎn)物主要為碳包裹納米鈷顆粒和碳納米管。其中碳包裹鈷納米顆粒產(chǎn)量為90%，粒徑分布為30-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產(chǎn)物具有超順磁性。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述方法步驟如下: 步驟一、將炸藥、金屬單質(zhì)和含碳有機(jī)物混合作為反應(yīng)物； 步驟ニ、將反應(yīng)物壓制成塊體，裝入反應(yīng)器中密封抽真空，將反應(yīng)器加熱至200-250° C發(fā)生爆炸，得到所述碳包裹磁性金屬納米顆粒；其中，在步驟一中，炸藥、金屬單質(zhì)、含碳有機(jī)物按1:0.08、.1:0.4^2的質(zhì)量比加入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:在步驟ニ中，將反應(yīng)物壓制成密度為1.2^1.6g/cm3的圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟一中所述炸藥為黑索今、特屈兒或奧克托金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟一中所述金屬單質(zhì)為金屬鈷或金屬鎳，粒度為20(T300目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟一中所述含碳有 機(jī)物為雙氰胺或三聚氰胺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，屬于工藝技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括將炸藥、金屬單質(zhì)和含碳有機(jī)物混合作為反應(yīng)物；將反應(yīng)物壓制成塊體，裝入反應(yīng)器中密封抽真空，將反應(yīng)器加熱至200-250°C發(fā)生爆炸，得到所述碳包裹磁性金屬納米顆粒。優(yōu)選步驟一中所述炸藥為黑索今、特屈兒或奧克托金；所述金屬單質(zhì)為金屬鈷或金屬鎳；所述含碳有機(jī)物為雙氰胺或三聚氰胺。本發(fā)明對于碳包覆納米磁性粒子的開發(fā)和應(yīng)用具有重要的理論意義和實用價值，對于其他材料的爆炸合成也具有很好的指導(dǎo)意義。
文檔編號B22F1/02GK103111617SQ20131006547
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者陳鵬萬, 尹昊, 高鑫, 陳昂 申請人:北京理工大學(xué)