本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于電荷作用的磁性碳納米管的制備方法。

背景技術(shù)：

磁性碳納米管因在化學(xué)工業(yè)，電子封裝，催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，成為了當(dāng)今材料領(lǐng)域的一種熱門材料。

現(xiàn)有的磁性碳納米管制備通常是通過共沉淀法或溶劑熱法制備，例如，申請(qǐng)?zhí)枮?01510900193.0的中國發(fā)明專利中，申請(qǐng)了“一種磁性碳納米管的制備方法”，其通過共沉淀法將四氧化三鐵離子附著在碳納米管上；申請(qǐng)?zhí)枮?01410351461.3的中國發(fā)明專利中，申請(qǐng)了“一種碳納米管基磁性納米復(fù)合材料及其制備方法”，其通過溶劑熱法將金屬納米粒子附著在碳納米管上。這些方法因需要高溫反應(yīng)，具有耗能和制備工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。另外，碳納米管在高溫處理后，其碳排列會(huì)因高溫產(chǎn)生變化，影響了碳納米管的本征特性，這會(huì)對(duì)制備的磁性碳納米管的性能產(chǎn)生影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服高溫對(duì)碳納米管產(chǎn)生的不利影響，以更簡單的方法制備出高性能的磁性碳納米管，本發(fā)明提供一種基于電荷作用的磁性碳納米管的制備方法，利用帶正電性的四氧化三鐵納米粒子和帶負(fù)電性的碳納米管的電荷作用，使四氧化三鐵納米粒子附著在碳納米管上，制備出磁性碳納米管。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于電荷作用的磁性碳納米管的制備方法，步驟如下：

⑴制備陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液：

將三價(jià)可溶性鐵鹽水溶液與二價(jià)可溶性鐵鹽鹽酸溶液混合，混合液逐滴加入弱堿水溶液中，得到黑色沉淀物；將所得到的黑色沉淀物加入至穩(wěn)定劑中，并逐滴加入陽離子聚電解質(zhì)，獲得陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液；

⑵制備磁性碳納米管

將碳納米管和步驟⑴中制備的陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液加入至陰離子聚電解質(zhì)水溶液中，隨后超聲至黑色沉淀物沉淀；將黑色沉淀物以用去離子水洗滌，然后高速離心，之后真空干燥，得到被納米四氧化三鐵包裹的磁性碳納米管。

而且，所述步驟⑴中的三價(jià)可溶性鐵鹽包括氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵及其混合物。

而且，所述步驟⑴中的二價(jià)可溶性鐵鹽包括氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨及其混合物。

而且，所述步驟⑴中的弱堿包括氨水、甲胺、乙胺、乙二胺及其混合物。

而且，所述步驟⑴中的穩(wěn)定劑為四甲基氫氧化銨。

而且，所述步驟⑴中的陽離子聚電解質(zhì)包括聚二甲基二烯丙基氯化銨。

而且，所述步驟⑴中的三價(jià)可溶性鐵鹽濃度1-3mol/L，二價(jià)可溶性鐵鹽濃度2-6mol/L，三價(jià)可溶性鐵鹽與二價(jià)可溶性鐵鹽摩爾比為2:1。

而且，所述步驟⑵中陰離子聚電解質(zhì)包括聚苯乙烯磺酸鈉。

而且，所述步驟⑵中的真空干燥溫度在40-120℃，干燥時(shí)間6-24小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明利用帶正電性的四氧化三鐵納米粒子和帶負(fù)電性的碳納米管的電荷作用完成四氧化三鐵納米粒子在碳納米管上的附著，采用的制備條件溫和，操作簡便，避免了采用高溫高壓條件帶來的耗能和工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，制備出的磁性碳納米管性能良好，四氧化三鐵納米粒子在碳納米管上附著均勻，磁性碳納米管飽和磁化率可達(dá)到33.6emu/g以上。

附圖說明

圖1為磁性碳納米管的投射電鏡圖；

圖2為磁性碳納米管的X射線衍射圖；

圖3為磁性碳納米管的傅里葉紅外光譜圖；

圖4為磁性碳納米管的磁性測量圖。

具體實(shí)施方式

為了理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明；下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種基于電荷作用的磁性碳納米管的制備方法，基于被陽離子聚電解質(zhì)包裹的帶有正電性四氧化三鐵納米粒子，與被陰離子聚電解質(zhì)包裹的帶有負(fù)電性的碳納米管電荷作用，得到的磁性碳納米管的制備方法，具體技術(shù)方案如下：

⑴制備陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液：將三價(jià)可溶性水溶液與二價(jià)可溶性鹽酸溶液混合，混合液逐滴加入弱堿水溶液中，得到黑色沉淀物。將所得到的沉淀物加入至穩(wěn)定劑中，并逐滴加入陽離子聚電解質(zhì)溶液，獲得陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液。

⑵制備磁性碳納米管。將碳納米管和制備的陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液加入至陰離子聚電解質(zhì)水溶液中，隨后超聲至黑色沉淀物沉淀：將黑色沉淀物洗滌-離心三次，之后真空干燥，得到被納米四氧化三鐵包裹的磁性碳納米管。

在制備過程中，由于磁性四氧化三鐵顆粒被陽離子聚電解質(zhì)包覆，其表面呈正電性，碳納米管被陰離子聚電解質(zhì)包覆，其表面呈負(fù)電性，由于二者表面的電荷作用，具有磁性的四氧化三鐵被碳納米管緊緊吸引，而得到了磁性碳納米管。磁性碳納米管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在超聲和強(qiáng)力機(jī)械攪拌的情況下，四氧化三鐵納米粒子不會(huì)從碳納米管上脫落。

本發(fā)明步驟⑴中的三價(jià)可溶性鐵鹽，二價(jià)可溶性鐵鹽和弱堿水溶液為制備四氧化三鐵納米粒子的原料，四甲基氫氧化銨為穩(wěn)定劑，陽離子聚電解質(zhì)包括但不僅限于聚二甲基二烯丙基氯化銨。

本發(fā)明步驟⑵中的陰離子聚電解質(zhì)包括但不僅限于聚苯乙烯磺酸鈉，碳納米管為單壁或多壁碳納米管，長度10-50微米，直徑50-200納米。

為了充分說明本發(fā)明的具體制備方法和獲得的產(chǎn)品的效果，提供一下具體制備方式。

實(shí)施例

一種基于電荷作用的磁性碳納米管的制備方法，包含如下的工藝步驟：

⑴制備陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液

將20毫升1mol/L的氯化鐵水溶液與5毫升2mol/L的硫酸亞鐵鹽酸溶液混合，混合液逐滴加入250毫升的0.7mol/L氨水中，得到黑色沉淀物，將所得到的沉淀物加入至0.1mol/L的四甲基氫氧化銨中，并逐滴加入5毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％聚二甲基二烯丙基氯化銨溶液，獲得陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液。

⑵制備磁性碳納米管

將2g長度30-50微米，直徑50-100納米的多壁碳納米管，5毫升制備的陽離子磁性四氧化三鐵納米粒子溶液，分別加入至150毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％聚苯乙烯磺酸鈉水溶液中，隨后超聲至黑色沉淀物沉淀。

將黑色沉淀物以用去離子水洗滌，然后以11000轉(zhuǎn)每分鐘的離心速度離心，整個(gè)洗滌-離心過程持續(xù)三次，之后在60℃條件下真空干燥12小時(shí)，得到被納米四氧化三鐵包裹的磁性碳納米管。

關(guān)于鐵鹽：用濃度1-5mol/L的三價(jià)可溶性鐵鹽，包括但不僅限于硫酸鐵、硝酸鐵及其混合物代替1mol/L氯化鐵，用濃度2-10mol/L的二價(jià)可溶性鐵鹽，包括但不僅限于氯化亞鐵、硫酸亞鐵銨及其混合物代替2mol/L的硫酸亞鐵，并限定三價(jià)可溶性鐵鹽與二價(jià)可溶性鐵鹽摩爾比為1:2。

關(guān)于弱堿：包括但不僅限于甲胺、乙胺、二甲胺代替氨水；

關(guān)于碳納米管：單壁碳納米管代替多壁碳納米管，真空干燥溫度40-120℃代替60℃，真空干燥時(shí)間6-24小時(shí)代替12小時(shí)，其他步驟和條件相同，同樣可以得到相似性能的磁性碳納米管。

本實(shí)施方式中將5mg磁性碳納米管溶于20mL乙醇中，超聲震蕩30分鐘后，將混合后的溶液用滴管滴至微篩上在場發(fā)射投射電子顯微鏡(透射電鏡型號(hào)：日本電子JEM-2100F)下觀察。從圖1中可以看到四氧化三鐵納米粒子附著在碳納米管上，四氧化三鐵納米粒子的直徑在15-20納米，碳納米管結(jié)構(gòu)完整，外部直徑在50-100納米。由此可以說明本發(fā)明制備的磁性碳納米管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，碳納米管的物理性質(zhì)沒有被破壞。

本實(shí)施方式中將2g磁性碳納米管放入X射線衍射儀樣品槽中進(jìn)行X射線衍射表征(X射線衍射儀型號(hào)：BRUKER AXS D8-Focus)。從圖2可以看到X射線衍射譜圖中，既包含在25.8°代表碳納米管的衍射峰，也包含在30.2°,35.8°,43.1°,53.7°,57.3°和62.4°代表四氧化三鐵的衍射峰。由此可以說明本發(fā)明制備的磁性碳納米管中的四氧化三鐵納米粒子附著在碳納米管上。

本實(shí)施方式中將0.1g磁性碳納米管與光譜純溴化鉀混合研磨，壓片后放入傅里葉紅外光譜儀樣品槽中進(jìn)行紅外光譜表征(傅里葉紅外光譜儀型號(hào)：BRUKER TENSOR 27)。從圖3可以看到紅外光譜圖中，在波數(shù)581cm^-1中出現(xiàn)了Fe-O伸縮振動(dòng)峰，進(jìn)一步說明本發(fā)明制備的磁性碳納米管中的四氧化三鐵納米粒子附著在碳納米管上。

本實(shí)施方式中將0.05g磁性碳納米管放入磁性測量儀中進(jìn)行磁學(xué)表征(磁性測量儀型號(hào)：SQUID-VSM)。從圖4可以看到磁學(xué)表征譜圖中，磁性碳納米管的飽和磁化率為33.6emu/g，呈超順磁性。說明本發(fā)明制備的磁性碳納米管具有良好的磁感應(yīng)性。