[发明专利]陶瓷晶粒内弥散FeCr合金的磁性纳米复合颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机磁性纳米复合材料领域，具体涉及以莫来石陶瓷为基体，高稳定性FeCr合金磁性纳米粒子单分散在莫来石陶瓷晶粒内部形成的一种无机磁性纳米复合颗粒的制备方法。

背景技术

由于在磁记录、催化、磁流体、磁共振成像造影和磁靶向药物载体等方面的应用潜力，近年来Fe、Co、Ni等磁性金属单质纳米粒子的制备及性能受到广泛的关注。然而，相对于金属单质纳米粒子而言，人们可以方便地通过调节合金成分来调制合金纳米粒子的磁性能，因此对磁性合金纳米粒子的制备及性能研究日益引起人们的重视。Fe、Co、Ni等金属相互固溶形成的FeCo、CoNi、FeNi等磁性合金纳米粒子的制备与性能已得到了广泛的研究。通常采用的制备方法包括：反胶束法(I.Ban，M.Drofenik，D.Makovec，J.Magn.Magn.Mater.307，250(2006).)、化学气相凝聚法(Z.H.Wang，C.J.Choi，J.C.Kim，B.K.Kim，Z.D.Zhang，Mater.Lett.57，3560(2003).)、电化学沉积法(S.Banerjee，S.Roy，.J.W.Chen，D.Chakravorty，J.Magn.Magn.Mater.219，45(2000).)、机械合金化法(Y.D.Kim，J.Y.Chung，J.Kim，H.Jeon，Mater.Sci.Eng.A291，17(2000).)、液相化学还原合成法(C.W.Kim，Y.H.Kim，H.G.Cha，H.W.Kwon，Y.S.Kang，J.Phys.Chem.B，110，24418(2006).)和高温化学还原法(G.Ennas，A.Falqui，S.Marras，C.Sangregorio，G.Marongiu，Chem.Mater.16，5659(2004).)等。金属单质Cr具有反铁磁性，由它与铁磁性金属Fe形成的FeCr合金磁性能受合金成分的影响很大，富Fe的合金表现出铁磁性而富Cr的合金表现出反铁磁性；另外，Cr的固溶有助于提高FeCr合金粒子的抗氧化性能，因此富Fe的FeCr合金纳米粒子可望成为一类重要的磁性材料，然而对于这类材料的制备与性能研究开展很少。

众所周知，材料的磁性能与磁性颗粒的大小及其相互作用直接相关。当颗粒粒径减小到临界尺度以下时，铁磁材料将由磁多畴结构转变为磁单畴结构并进而产生超顺磁现象。通常，金属纳米粒子中表面原子所占比例很大、具有很高的表面能，极易因为氧化或团聚而导致其纳米特性的丧失。为了使金属纳米粒子能够稳定存在并避免氧化和团聚，必须将其分散到有机或无机材料的基体中，由此形成了金属纳米粒子弥散的磁性纳米复合颗粒。这种纳米复合颗粒的磁性能不仅取决于单个磁性纳米粒子的本征性能而且还极大地依赖于纳米粒子间及其与基体间的结合状态。目前，用于分散磁性金属及合金纳米粒子的基体材料通常为多元醇等有机溶剂、非晶SiO₂、Al₂O₃气凝胶等。如中国发明专利公开号CN1919507A报道了一种同时添加高分子分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP K-30)和乙醇来分散纳米金属Fe粒子的方法。中国发明专利号ZL200410041128.9报道了一种通过溶胶-凝胶等湿化学方法结合高温化学还原获得非晶SiO₂包覆金属Fe纳米粒子的方法。然而聚合物和非晶SiO₂等包覆材料的热稳定性等性能较差，如聚合物表面包覆的金属Fe纳米粒子只能稳定存在于室温中，非晶SiO₂包覆的金属Fe纳米粒子在环境温度高于150℃时即发生氧化。

陶瓷具有耐高温、高硬度、抗氧化、耐磨损、抗腐蚀等诸多特点，如果能够在陶瓷基体中弥散磁性合金纳米粒子则可望大幅提高磁性纳米粒子的耐高温、抗氧化、耐磨损、抗腐蚀等性能。一般而言，通过高温还原金属氧化物前驱体的混合物可在陶瓷基体中弥散合金纳米粒子或形成合金粒子包覆陶瓷颗粒的陶瓷/合金-核/壳结构(如，中国发明专利号ZL200510094459.3)。但是这种方法制备的合金纳米粒子处于陶瓷晶粒之间或表面，纳米粒子容易团聚、易于被氧化，同时纳米粒子的尺寸易受金属氧化物前驱体的影响，粒径分布和单分散性都较难控制，生成的合金纳米粒子往往达到几十到几百纳米，从而导致其特殊磁性能的丧失。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷晶粒内弥散FeCr合金的磁性纳米复合颗粒的制备方法，该方法制备的纳米复合颗粒具有超顺磁物理特性、高稳定性的特点。