專利名稱：無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種納米材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，具體是一種無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬 鈷米線制備的方法。
背景技術(shù)：
鈷納米材料具有獨(dú)特的磁、光、電、催化等性能，主要應(yīng)用于硬質(zhì)合金、電池、催化 劑、永磁體和陶瓷工業(yè)。早期的研究更多關(guān)注鈷納米粉體的制備、及其在催化劑、涂層材料 和硬質(zhì)合金粘接劑等領(lǐng)域的應(yīng)用。例如作為硬質(zhì)合金粘結(jié)劑，超細(xì)鈷粉不僅能獲得高質(zhì)量 的硬質(zhì)合金，而且可以減少加工過(guò)程中的球磨混合時(shí)間和降低燒結(jié)溫度。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn) 納米鈷形態(tài)的規(guī)整化對(duì)其特性參數(shù)的影響很大，尤其是一維納米鈷的成功制備，使其應(yīng)用 性得到進(jìn)一步的拓展。如鈷納米管陣列的光學(xué)性能開(kāi)發(fā)在超高密度信息存儲(chǔ)和生物抗癌藥 物等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。納米金屬材料的晶粒尺寸、形貌、表面狀態(tài)、以及微結(jié)構(gòu)等性能直接影響到納米金 屬的性質(zhì)和用途。如粒徑為7nm的納米鈷具有超順磁性特性，而粒徑為60nm的納米鈷則具 有很高的矯頑力。目前各種納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建對(duì)作為構(gòu)建基元的納米微粒的形貌、結(jié)構(gòu)和尺 寸都提出了更高的要求，因此，納米金屬的形貌控制、合成工藝、以及應(yīng)用研究等是目前的 研究熱點(diǎn)。然而，由于制備技術(shù)和工藝等條件的限制，對(duì)納米金屬材料的形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)等 進(jìn)行可控制備，以及納米分子結(jié)構(gòu)的重組裝等方面仍然存在很多問(wèn)題，需要進(jìn)一步深入研 究。目前，我國(guó)超細(xì)鈷納米磁性材料主要依靠進(jìn)口，因此，有必要開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 鈷納米磁性材料的制備方法和工藝，從而推進(jìn)我國(guó)納米鈷技術(shù)的發(fā)展。目前鈷納米材料的主要制備方法有高壓水噴霧法、沉淀還原法、電解法、高溫裂解 法、輻射法、還原法等。一維鈷納米材料的制備方法有電沉積模板法、多元醇還原法、微乳液 法、胼還原法等，可歸納為硬模板法和軟模板法。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，楊培霞等在《無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)》2007年第9期1501頁(yè) 到1504頁(yè)上發(fā)表了《離子液體中電沉積制備鈷納米線陣列》，采用硬模板法制備鈷納米線， 具體為先用陽(yáng)極陽(yáng)極氧化法制備多孔氧化鋁模板，然后在模板中電沉積鈷納米線陣列，溶 解模板后得到最終產(chǎn)物。這種方法由于采用預(yù)制的硬模板法，存在許多不足之處，比如前期 準(zhǔn)備過(guò)程復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜、尤其是產(chǎn)物的量極少，不可能大量制備。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，與硬模板法相對(duì)，采用表面活性劑中的孔相導(dǎo)向來(lái)制備納米材 料的方法稱為軟模板法。錢逸泰等在nanotechnology (納米技術(shù))2005年第12期2958頁(yè)到 2962頁(yè)上發(fā)表了〈〈Synthesis of ferromagnetic single-crystalline cobalt nanobelts via a surfactant-assisted hydrothermal reduction process)) ( *胃 舌t生齊LH^iBS原 法制備磁性單晶鈷納米線)，該文采用添加表面活性劑SDBS (十二烷基苯磺酸鈉)的軟模板 法制備了鈷納米鏈，其不足之處在于反應(yīng)必須在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行，而且反應(yīng)溶液配制較 復(fù)雜，產(chǎn)物純度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方 法，通過(guò)采用廉價(jià)無(wú)毒的化學(xué)試劑，簡(jiǎn)單易行的制備工藝，在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下制備一維鈷納米材 料，此方法成本低、無(wú)污染、設(shè)備和工藝條件簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)大量制備。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明利用磁場(chǎng)的誘導(dǎo)作用，以乙二醇或水 和乙醇的混合溶液為溶劑，以二價(jià)鈷鹽為主鹽，以氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液PH值，以水合胼為還 原劑，在外加磁場(chǎng)的誘導(dǎo)下使鈷離子還原生長(zhǎng)成一維鈷納米線。所述的二價(jià)鈷鹽是指0. 005 0. 3mol/L 的 CoS04、Co (CH3COO)2Xo (NO3)2、和 CoCl2 中的任一種；所述的氫氧化鈉是指0. 1 lmol/L的NaOH所述的水合胼是指重量百分比濃度為85%的水合胼的水溶液；所述的還原劑的用量與所述溶劑的體積比為1 0. 1 1 0. 6 ；所述的外加磁場(chǎng)的誘導(dǎo)是指0. 05 0. 52T的外加均勻磁場(chǎng)；所述的還原生長(zhǎng)是指將還原劑加入含有主鹽的溶劑中攪拌后在外加磁場(chǎng)的誘導(dǎo) 下加熱至50 90°C并反應(yīng)15 120分鐘，經(jīng)過(guò)磁性洗滌后干燥得到一維鈷納米線。所述的磁性洗滌是指在永磁體輔助下，先用去離子水洗滌鈷納米線2 3次，再 用無(wú)水乙醇或丙酮洗滌鈷納米線2 3次；所述的干燥是指真空下50°C左右干燥收集或在冷凍干燥機(jī)中凍干收集。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不需要預(yù)先制備模板，而且反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，設(shè)備簡(jiǎn) 單，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，周期短，制備成本低，可實(shí)現(xiàn)大量制備。采用本發(fā)明能夠制備直徑為 800 3044nm，長(zhǎng)度能達(dá)到15 80 μ m，長(zhǎng)徑比為10 81的鈷納米線。


圖1為實(shí)施例1制備的鈷納米線SEM照片。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。實(shí)施例1 1、反應(yīng)前驅(qū)溶液的制備以乙二醇溶液按下列比例配制溶液CoCl20. 01mol/LNaOH0. 75mol/L向配好的溶液中按體積比1 0.1加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室溫下攪 拌反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間5分鐘；2、鈷納米線的制備①將按上述方法制備好的反應(yīng)前驅(qū)溶液置于0. 4T的外加均勻磁場(chǎng)中；②加熱至60°C;
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③反應(yīng)60分鐘直至反應(yīng)完畢；④在永磁體輔助下，用去離子水和無(wú)水乙醇或丙酮洗滌鈷納米線；⑤真空下50°C左右干燥收集，或在冷凍干燥機(jī)中凍干收集。獲得平均長(zhǎng)度為80 μ m,平均直徑為980nm，長(zhǎng)徑比為81的鈷納米線。實(shí)施例2 1、反應(yīng)前驅(qū)溶液的制備以水和乙醇的混合溶液按下列比例配制溶液Co (CH3COO) 20. 01mol/LNaOH0. 75mol/L向配好的溶液中按體積比1 0.3加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室溫下攪 拌反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間10分鐘；2、鈷納米線的制備①將按上述方法制備好的反應(yīng)前驅(qū)溶液置于0. 52T的外加均勻磁場(chǎng)中；②加熱至90°C;③反應(yīng)60分鐘直至反應(yīng)完畢；④在永磁體輔助下，用去離子水和無(wú)水乙醇或丙酮洗滌鈷納米線；⑤真空下50°C左右干燥收集，或在冷凍干燥機(jī)中凍干收集。獲得平均長(zhǎng)度為44 μ m,平均直徑為2405nm，長(zhǎng)徑比為18的鈷納米線。實(shí)施例3 1、反應(yīng)前驅(qū)溶液的制備以乙二醇溶液按下列比例配制溶液Co (NO3) 20. 01mol/LNaOH0. 8mol/L向配好的溶液中按體積比1 0.4加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室溫下攪 拌反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間7分鐘；2、鈷納米線的制備①將按上述方法制備好的反應(yīng)前驅(qū)溶液置于0. 4T的外加均勻磁場(chǎng)中；②加熱至60°C;③反應(yīng)15分鐘直至反應(yīng)完畢；④在永磁體輔助下，用去離子水和無(wú)水乙醇或丙酮洗滌鈷納米線；⑤真空下50°C左右干燥收集，或在冷凍干燥機(jī)中凍干收集。獲得平均長(zhǎng)度為15 μ m，平均直徑為1534nm，長(zhǎng)徑比為10的鈷納米線。實(shí)施例4 1、反應(yīng)前驅(qū)溶液的制備以乙二醇溶液按下列比例配制溶液CoSO40. 06mol/LNaOH0. 5mol/L向配好的溶液中按體積比1 0.2加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室溫下攪 拌反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間10分鐘；
2、鈷納米線的制備①將按上述方法制備好的反應(yīng)前驅(qū)溶液置于0. 05T的外加均勻磁場(chǎng)中；②加熱至50°C ；③反應(yīng)120分鐘直至反應(yīng)完畢；④在永磁體輔助下，用去離子水和無(wú)水乙醇或丙酮洗滌鈷納米線；⑤真空下50°C左右干燥收集，或在冷凍干燥機(jī)中凍干收集。獲得平均長(zhǎng)度為60 μ m，平均直徑為1045nm，長(zhǎng)徑比為57的鈷納米線。實(shí)施例5 1、反應(yīng)前驅(qū)溶液的制備以水和乙醇的混合溶液按下列比例配制溶液CoCl20. 01mol/LNaOH0. 75mol/L向配好的溶液中按體積比1 0.2加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室溫下攪 拌反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間10分鐘；2、鈷納米線的制備①將按上述方法制備好的反應(yīng)前驅(qū)溶液置于0. 52T的外加均勻磁場(chǎng)中；②加熱至60°C;③反應(yīng)60分鐘直至反應(yīng)完畢；④在永磁體輔助下，用去離子水和無(wú)水乙醇或丙酮洗滌鈷納米線；⑤真空下50°C左右干燥收集，或在冷凍干燥機(jī)中凍干收集。獲得平均長(zhǎng)度為69 μ m,平均直徑為2. 7 μ m，長(zhǎng)徑比為25的鈷納米線。如圖1所示，為實(shí)施例1中制備的鈷納米線的掃描電子顯微鏡圖像。圖中的鈷納 米線表面較為平滑，平均長(zhǎng)度為69 μ m，平均直徑為980nm，長(zhǎng)徑比為81。
權(quán)利要求
一種無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征在于，利用磁場(chǎng)的誘導(dǎo)作用，以乙二醇或水和乙醇的混合溶液為溶劑，以二價(jià)鈷鹽為主鹽，以氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值，以水合肼為還原劑，在外加磁場(chǎng)的誘導(dǎo)下使鈷離子還原生長(zhǎng)成一維鈷納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征是，所述的二價(jià) 鈷鹽是指 0. 005 0. 3mol/L 的 CoSO4、Co (CH3COO) 2、Co (NO3) 2、和 CoCl2 中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征是，所述的氫氧 化鈉是指0. 1 lmol/L的NaOH。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征是，所述的水合 胼是指重量百分比濃度為85%的水合胼的水溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征是，所述的還原 劑的用量與所述溶劑的體積比為1 0. 1 1 0.6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征是，所述的外加 磁場(chǎng)的誘導(dǎo)是指0. 05 0. 52T的外加均勻磁場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征是，所述的 還原生長(zhǎng)是指將還原劑加入含有主鹽的溶劑中攪拌后在外加磁場(chǎng)的誘導(dǎo)下加熱至50 90°C并反應(yīng)15 120分鐘，經(jīng)過(guò)磁性洗滌后干燥得到一維鈷納米線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征是，所述的磁性 洗滌是指在永磁體輔助下，先用去離子水洗滌鈷納米線2 3次，再用無(wú)水乙醇或丙酮洗 滌鈷納米線2 3次。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，其特征是，所述的干燥 是指真空下50°C左右干燥收集或在冷凍干燥機(jī)中凍干收集。
10.一種一維鈷納米線，其特征在于，通過(guò)權(quán)利要求1所述的方法制備得到。
全文摘要
一種納米材料技術(shù)領(lǐng)域的無(wú)模板實(shí)現(xiàn)金屬鈷米線制備的方法，利用磁場(chǎng)的誘導(dǎo)作用，以乙二醇或水和乙醇的混合溶液為溶劑，以二價(jià)鈷鹽為主鹽，以氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值，以水合肼為還原劑，在外加磁場(chǎng)的誘導(dǎo)下使鈷離子還原生長(zhǎng)成一維鈷納米線。本發(fā)明通過(guò)采用廉價(jià)無(wú)毒的化學(xué)試劑，簡(jiǎn)單易行的制備工藝，在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下制備一維鈷納米材料，此方法成本低、無(wú)污染、設(shè)備和工藝條件簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)大量制備。
文檔編號(hào)B22F9/24GK101898251SQ201010255509
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者張麗英, 張亞非, 王劍, 藍(lán)天旻 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)