一種碳復(fù)合錳基磁性材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳復(fù)合錳基磁性材料的制備方法，該方法包括如下步驟：（1）制備四氧化三錳粒子，（2）碳包覆。本發(fā)明制備的磁性材料，采用有機(jī)物對(duì)四氧化三錳的表面改性，得到油溶性的四氧化三錳納米粒子，然后再采用煅燒法在其表面包覆一層有機(jī)碳，使得該磁性材料具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以及較高的磁性物質(zhì)含量。
【專利說(shuō)明】一種碳復(fù)合錳基磁性材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉一種碳復(fù)合錳基磁性材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，納米技術(shù)取得了不斷的發(fā)展。納米材料由于其不同于普通塊材的獨(dú)特性能，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。納米結(jié)構(gòu)的鐵磁性材料由于其廣泛的應(yīng)用，比如作為鐵磁流體、先進(jìn)磁性材料、催化劑原料、高密度磁存儲(chǔ)設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)及生物藥學(xué)等方面，吸引了很多研宄者的興趣。
[0003]磁性材料和發(fā)光材料是歷史長(zhǎng)、用途廣泛的兩種功能材料，它與現(xiàn)代科技的發(fā)展，以及信息化、自動(dòng)化、機(jī)電一體化、國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域緊密相關(guān)。磁性材料是指由元素鐵、鈷、鎳、錳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)?，F(xiàn)有技術(shù)制備水溶性磁性納米粒子，在納米粒子表面修飾的主要手段:有機(jī)聚合物包覆、配體交換。有機(jī)聚合物包覆，容易造成粒子團(tuán)聚，納米粒子溶解性不穩(wěn)定。配體交換方法時(shí)間效率低，制備過(guò)程復(fù)雜。采用上述現(xiàn)有技術(shù)制備的磁性納米粒子接上發(fā)光材料后，最明顯的缺點(diǎn)是容易導(dǎo)致表面連接的熒光配體熒光猝滅，從而較難實(shí)現(xiàn)磁光雙功能的目的。現(xiàn)有技術(shù)制備的磁光雙功能納米粒子的缺點(diǎn)是:1.只具有磁學(xué)性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定；2.發(fā)光體熒光容易猝滅。由于制備的磁光雙功能納米粒子具有上述缺點(diǎn)，無(wú)法滿足在生化及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用條件，限制了磁光雙功能納米粒子的應(yīng)用。
[0004]隨著人們對(duì)復(fù)合材料的表面修飾技術(shù)研宄的不斷深入。目前，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的表面多功能化有兩個(gè)基本的思路:一是利用復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控，通過(guò)形成具有不同表面特性及功能的納米顆粒的二元異質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；另外一個(gè)思路，是在微米尺度的球表面，通過(guò)一些物理方法或者化學(xué)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)表面的多功能化修飾。但目前尚缺乏一種技術(shù)能夠有效地在亞微米尺度的磁性復(fù)合微球上實(shí)現(xiàn)高磁性物質(zhì)含量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種碳復(fù)合錳基磁性材料的制備方法，該方法制備的磁性材料材料具有比表面積大、內(nèi)核磁性顆粒含量高且磁性能優(yōu)異等特點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種碳復(fù)合錳基磁性材料的制備方法，該方法包括如下步驟:
(1)制備四氧化三錳粒子
配制濃度為l-2mol/L的MnCl2溶液，向上述MnCl 2溶液中加入濃度為40mmol/L的乙酰丙酮溶液，其中MnCl2溶液與乙酰丙酮溶液的重量比為1:3-4 ;室溫下攪拌20_30min，加入三乙胺，抽取反應(yīng)液中的黃色沉淀物并過(guò)濾，其中三乙胺與上述胞(:12溶液的重量比為2:3-4；
配制體積比為7: 3的丙酮與水混合溶液，將抽取過(guò)濾得到的上述黃色沉淀物加到上述丙酮與水混合溶液，保持50-65°C的溫度，攪拌至完全溶解，室溫冷卻，過(guò)濾溶液中黃色針狀結(jié)晶，得乙酰丙酮合錳前驅(qū)體；
取上述步驟制得到的乙酰丙酮合錳前驅(qū)體溶解油胺中，其中乙酰丙酮合錳前驅(qū)體與油胺的質(zhì)量比為1:20-25，抽真空，在氬氣氛圍中磁力攪拌，快速加熱到180-190°C，恒溫反應(yīng)6-8h，冷卻至室溫后離心分離，分離后的物質(zhì)用無(wú)水乙醇連續(xù)洗3-5次，真空干燥；制得油溶性四氧化三錳納米粒子；
(2)碳包覆
采用球磨的方法將含有丙烯腈低聚物的溶液與上述油溶性四氧化三錳納米粒子混合均勻，按質(zhì)量比，丙烯腈低聚物:油溶性四氧化三錳納米粒子為0.1-0.3:1，蒸發(fā)溶劑，室溫干燥；
在190-220 °0直溫固化3-5h，然后研磨，在氬氣氣氛保護(hù)下，750-900 °C鍛燒4_6h，丙烯腈低聚物經(jīng)煅燒在納米磁性氧化鐵粉體粒子表面形成碳包覆層，制得錳基磁性材料碳復(fù)合粉體。
[0007]本發(fā)明制備的磁性材料，采用有機(jī)物對(duì)四氧化三錳的表面改性，得到油溶性的四氧化三錳納米粒子，然后再采用煅燒法在其表面包覆一層有機(jī)碳，使得該磁性材料具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以及較高的磁性物質(zhì)含量。

【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例一
配制濃度為lmol/L的MnCl2溶液，向上述MnCl 2溶液中加入濃度為40mmol/L的乙酰丙酮溶液，其中MnCl2溶液與乙酰丙酮溶液的重量比為1:3 ;室溫下攪拌20min，加入三乙胺，抽取反應(yīng)液中的黃色沉淀物并過(guò)濾，其中三乙胺與上述MnCl2S液的重量比為2:3。
[0009]配制體積比為7: 3的丙酮與水混合溶液，將抽取過(guò)濾得到的上述黃色沉淀物加到上述丙酮與水混合溶液，保持50°C的溫度，攪拌至完全溶解，室溫冷卻，過(guò)濾溶液中黃色針狀結(jié)晶，得乙酰丙酮合錳前驅(qū)體。
[0010]取上述步驟制得到的乙酰丙酮合錳前驅(qū)體溶解油胺中，其中乙酰丙酮合錳前驅(qū)體與油胺的質(zhì)量比為1:20，抽真空，在氬氣氛圍中磁力攪拌，快速加熱到180°C，恒溫反應(yīng)8h，冷卻至室溫后離心分離，分離后的物質(zhì)用無(wú)水乙醇連續(xù)洗3次，真空干燥；制得油溶性四氧化三錳納米粒子。
[0011]采用球磨的方法將含有丙烯腈低聚物的溶液與上述油溶性四氧化三錳納米粒子混合均勻，按質(zhì)量比，丙烯腈低聚物:油溶性四氧化三錳納米粒子為0.1:1，蒸發(fā)溶劑，室溫干燥。
[0012]在190 °0恒溫固化5h，然后研磨，在氬氣氣氛保護(hù)下，750 °C鍛燒6h，丙烯腈低聚物經(jīng)煅燒在納米磁性氧化鐵粉體粒子表面形成碳包覆層，制得錳基磁性材料碳復(fù)合粉體。
[0013]實(shí)施例二
配制濃度為2mol/L的MnCl2溶液，向上述MnCl 2溶液中加入濃度為40mmol/L的乙酰丙酮溶液，其中MnCl2溶液與乙酰丙酮溶液的重量比為1:4 ;室溫下攪拌30min，加入三乙胺，抽取反應(yīng)液中的黃色沉淀物并過(guò)濾，其中三乙胺與上述MnCl2S液的重量比為2: 4。
[0014]配制體積比為7: 3的丙酮與水混合溶液，將抽取過(guò)濾得到的上述黃色沉淀物加到上述丙酮與水混合溶液，保持65°C的溫度，攪拌至完全溶解，室溫冷卻，過(guò)濾溶液中黃色針狀結(jié)晶，得乙酰丙酮合錳前驅(qū)體。
[0015]取上述步驟制得到的乙酰丙酮合錳前驅(qū)體溶解油胺中，其中乙酰丙酮合錳前驅(qū)體與油胺的質(zhì)量比為1:25，抽真空，在氬氣氛圍中磁力攪拌，快速加熱到190°C，恒溫反應(yīng)6h，冷卻至室溫后離心分離，分離后的物質(zhì)用無(wú)水乙醇連續(xù)洗5次，真空干燥；制得油溶性四氧化三錳納米粒子。
[0016]采用球磨的方法將含有丙烯腈低聚物的溶液與上述油溶性四氧化三錳納米粒子混合均勻，按質(zhì)量比，丙烯腈低聚物:油溶性四氧化三錳納米粒子為0.3:1，蒸發(fā)溶劑，室溫干燥。
[0017]在220 °0恒溫固化3h，然后研磨，在氬氣氣氛保護(hù)下，-900 °C鍛燒4h，丙烯腈低聚物經(jīng)煅燒在納米磁性氧化鐵粉體粒子表面形成碳包覆層，制得錳基磁性材料碳復(fù)合粉體。
[0018]比較例
取100ml共沉淀合成方法制備得到Μη304納米粒子水相懸浮液加入反應(yīng)器中，攪拌并通氮?dú)夂?，加?0ml 1%的檸檬酸水溶液，并在70°C溫度下反應(yīng)10分鐘，結(jié)束反應(yīng)冷卻至室溫，磁性分離，洗滌后，重新分散在超純水中，作為磁性納米粒子儲(chǔ)備液；還原劑溶液配制及預(yù)處理:取0.0017g檸檬酸鈉溶解于33.20ml水中，形成還原劑水溶液，并調(diào)解其pH值至9。金磁微粒的制備:將2.015ml濃度為6.2mg/ml的磁性納米粒子與4ml的檸檬酸鈉溶液混合，并利用超聲分散均勻，待檸檬酸鈉溶液加熱至沸騰時(shí)將磁性納米粒子與檸檬酸鈉混合溶液加入反應(yīng)器中；當(dāng)溶液再次沸騰時(shí)加入2.7ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氯金酸溶液，反應(yīng)5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束，停止加熱，自然冷卻至室溫，停止攪拌；磁性分離，除去上清后，用超純水反復(fù)洗滌至中性，得到磁性微粒。
[0019]對(duì)實(shí)施例1-2及比較例的磁性材料進(jìn)行磁性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示:實(shí)施例1-2得到的磁性材料的的飽和磁場(chǎng)比比較例提高了 6.1-8.3emu/g以上，在酸性環(huán)境中的使用壽命提高30%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種碳復(fù)合錳基磁性材料的制備方法，該方法包括如下步驟: (I)制備四氧化三錳粒子 配制濃度為l-2mol/L的MnCl2溶液，向上述MnCl 2溶液中加入濃度為40mmol/L的乙酰丙酮溶液，其中MnCl2溶液與乙酰丙酮溶液的重量比為1:3-4 ;室溫下攪拌20_30min，加入三乙胺，抽取反應(yīng)液中的黃色沉淀物并過(guò)濾，其中三乙胺與上述MnCl^液的重量比為2:3-4； 配制體積比為7: 3的丙酮與水混合溶液，將抽取過(guò)濾得到的上述黃色沉淀物加到上述丙酮與水混合溶液，保持50-65°C的溫度，攪拌至完全溶解，室溫冷卻，過(guò)濾溶液中黃色針狀結(jié)晶，得乙酰丙酮合錳前驅(qū)體； 取上述步驟制得到的乙酰丙酮合錳前驅(qū)體溶解油胺中，其中乙酰丙酮合錳前驅(qū)體與油胺的質(zhì)量比為1:20-25，抽真空，在氬氣氛圍中磁力攪拌，快速加熱到180-190°C，恒溫反應(yīng)6-8h，冷卻至室溫后離心分離，分離后的物質(zhì)用無(wú)水乙醇連續(xù)洗3-5次，真空干燥；制得油溶性四氧化三錳納米粒子； (2)碳包覆 采用球磨的方法將含有丙烯腈低聚物的溶液與上述油溶性四氧化三錳納米粒子混合均勻，按質(zhì)量比，丙烯腈低聚物:油溶性四氧化三錳納米粒子為0.1-0.3:1，蒸發(fā)溶劑，室溫干燥； 在190-220 °0直溫固化3-5h，然后研磨，在氬氣氣氛保護(hù)下，750-900 °C鍛燒4_6h，丙烯腈低聚物經(jīng)煅燒在納米磁性氧化鐵粉體粒子表面形成碳包覆層，制得錳基磁性材料碳復(fù)合粉體。
【文檔編號(hào)】C01G45/02GK104495940SQ201510000274
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月1日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月1日
【發(fā)明者】陳紅 申請(qǐng)人:陳紅