專利名稱：：一種制備Fe-B非晶態(tài)合金納米線方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是涉及一種制備非晶態(tài)合金納米線的方法，更具體的說是一種在磁場中制備磁性Fe-B非晶態(tài)合金納米線的方法。
背景技術(shù)：
：磁性納米材料的應(yīng)用可謂涉及到各個(gè)領(lǐng)域。在機(jī)械，電學(xué)，光學(xué)，磁學(xué)，化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。磁性納米材料的特性不同于常規(guī)的磁性材料，其原因是關(guān)聯(lián)于與磁相關(guān)的特征物理長度恰好處于納米量級。例如磁單疇尺寸，超順磁性臨界尺寸，交換作用長度，以及電子平均自由路程等大致處于l-100nm量級。當(dāng)磁性體的尺寸與這些特征物理長度相當(dāng)時(shí)，就會呈現(xiàn)特殊的磁學(xué)性質(zhì)。納米磁性過渡金屬材料及其氧化物，特別是具有形狀各向異性的納米過渡金屬材料，由于其優(yōu)異的性質(zhì)和在高密度磁記錄，磁傳感，吸波材料以及催化等領(lǐng)域的應(yīng)用潛能而受到廣泛關(guān)注。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)了許多合成納米過渡金屬材料及其氧化物的方法，如微乳液法、水熱合成法，硼氫化物還原法和模板合成法等?！?由于磁場可以影響處于其中的磁性粒子的生長和組裝，因此在制備過程中引入磁場可以有效地改變所制得納米粒子的形貌。近年來，磁場作為一種常見的手段，被應(yīng)用于多種化學(xué)反應(yīng)之中，如電化學(xué)反應(yīng)、固相反應(yīng)、水熱合成和化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，特別是在納米材料的制備反應(yīng)之中。至今，許多研究小組都對這一領(lǐng)域進(jìn)行過相關(guān)的研究。Sun等在水合肼還原NiCl2和PVP混合體系的反應(yīng)中引入了強(qiáng)度分別為0.1T，0.25T和0.4T的恒定磁場，制備了直線狀的一維Ni納米線(Sun,L.X.;Chen，Q.W.;Tang,Y.;Xiong，Y.;CAew.Com/n.2007,27:2844)。Wang等在水合肼還原FeCl2的反應(yīng)中引入了強(qiáng)度分別為0.1T，0.25T和0.35T的磁場，制備了Fe304的線狀單晶(Wang,J.;Chen,Q.W.;Zeng,C.;Hou，B.Y.Mdv.Mato:2004，16:137)。Niu等在玩入PEG和CTAB制備納米Ni的過程中引入了0.25T的外加磁場，實(shí)現(xiàn)了針狀Ni的自組裝，而形成具有一維結(jié)構(gòu)的納米Ni(Niu,H.L.;Chen,Q.W.;Ning,M.;Jia,Y.S.;Wang,X丄;/.C7iew.丑2004，108:3996)。由此可見，考察外加磁場對于磁性材料的自組裝和生長過程的影響是一個(gè)很有意義的工作。但是，目前的一些實(shí)驗(yàn)方法大多集中于使用水熱合成或溶劑熱合成的方法，反應(yīng)需要較高的溫度和壓力，才能生成過渡金屬的納米粒子。而且，在反應(yīng)中需要引入具有較高強(qiáng)度的外加磁場，才能合成出具有一維線狀結(jié)構(gòu)的納米材料。所以，這種方法可能并不適用于一維線狀納米材料的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明介紹了一種通過引入不同類型和強(qiáng)度的外加電磁場，使用KBH4為還原劑制備一維Fe-B非晶態(tài)合金納米線的方法。反應(yīng)中施加的外加磁場在線狀Fe-B非晶態(tài)合金的形成中起到重要的作用，而且由這種方法得到的產(chǎn)物與未引入磁場所得產(chǎn)物相比，其磁學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了變化。本發(fā)明的特點(diǎn)是制備了一種直徑在5080納米，長度在1~15微米左右的Fe-B非晶態(tài)合金納米線，產(chǎn)物尺寸均勻一致。這種方法簡單易行，可以簡便快速地制備出一維Fe-B非晶態(tài)合金納米線。Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備步驟如下步驟1、采用可溶性二價(jià)鐵鹽為原料，用去離子水溶解配制成溶液，溶液中鐵離子的含量為0.01~0.5mol/L。步驟2、在步驟1所得的溶液中加入絡(luò)合劑，其加入量為10100g/L。步驟3、在步驟l所得的溶液中加入表面活性劑，其加入量為215g/L。步驟4、在步驟1所得的溶液中加入絡(luò)合劑和表面活性劑，其加入量如步驟2、步驟3給出的相同。步驟5、將步驟l，或步驟2，或步驟3，或步驟4所得的溶液通入氬氣去除溶解于其中的氧氣；步驟6、將KBH4溶解于去離子水中，配制成濃度為0.010.5mol/L的溶液。步驟7、將步驟6所得的溶液在攪拌下加入到步驟5所得的溶液中，滴加速度為15ml/min。反應(yīng)中始終通入氬氣，并保持反應(yīng)溫度在25'C,反應(yīng)時(shí)間為30120min。反應(yīng)過程中，將反應(yīng)容器置于電磁場裝置中，在電磁場線圈通入直流或交流電流，通過調(diào)節(jié)所通電流的大小，控制磁場裝置產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為00.20T。所述的可溶性二價(jià)鐵鹽為氯化亞鐵，硫酸亞鐵或硫酸亞鐵銨，優(yōu)選氯化亞鐵。所述的絡(luò)合劑為酒石酸、酒石酸鈉、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉或乙二胺四乙酸鹽，優(yōu)選酒石酸鈉。所述的表面活性劑為聚乙烯吡咯垸酮，十六烷基三甲基溴化銨，十二垸基磺酸鈉或聚乙二醇，優(yōu)選聚乙烯吡咯烷酮。圖l在直流磁場中制備的Fe-B非晶態(tài)合金納米線的SEM照片(X20000)圖2在交流磁場中制備的Fe-B非晶態(tài)合金納米線的SEM照片(X15000)圖3在直流磁場中引入PVP制備的Fe-B非晶態(tài)合金納米線的SEM照片(X20000)具體實(shí)施方式實(shí)施例1采用氯化亞鐵為原料，用去離子水溶解配制成溶液，溶液中鐵離子的濃度為0.05mol/L，溶液通入氬氣去除溶解于其中的氧氣。將KBH4溶解于去離子水中，配制成濃度為0.1mol/L的溶液。KBH4溶液在攪拌下加入到氯化亞鐵溶液中，滴加速度為1ml/min。反應(yīng)中始終通入氬氣，并保持反應(yīng)溫度在25°C，反應(yīng)時(shí)間為45min。反應(yīng)過程中，將反應(yīng)容器置于電磁場裝置中，在電磁場線圈中通入直流電流，通過調(diào)節(jié)所通電流的大小，控制磁場裝置產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為0.06T。制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線A，其SEM照片見附圖l。由圖可見，所得Fe-B非晶態(tài)合金納米線的直徑在5060納米左右，長度為35微米。實(shí)施例2~3Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例1，將實(shí)施例1中控制磁場裝置產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度改為0.03T或0T，其余條件同實(shí)施例l，制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線B，C。實(shí)施例4Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例l，將實(shí)施例1中通入的電流改為交流電，控制磁場裝置產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度改為0.02T，其余條件同實(shí)施例1，制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線D。實(shí)施例56Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例4，將實(shí)施例4控制磁場裝置產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度改為0.04T或0.06T,其余條件同實(shí)施例4，制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線E，F(xiàn)。F的SEM照片見附圖2，由圖可見，所得Fe-B非晶態(tài)合金納米線的直徑為5060納米，長度為58微米。實(shí)施例79Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例1，將實(shí)施例1中氯化亞鐵溶液濃度改變?yōu)?.01g/L，0.10g/L，0.50g/L，其余條件同實(shí)施例l，制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線G1。實(shí)施例1012Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例l，將實(shí)施例1中KBH4溶液濃度改變?yōu)?.01g/L,0.25g/L,0.50g/L，其余條件同實(shí)施例l,制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線JL。實(shí)施例1314Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例1，將實(shí)施例1中KBH4溶液的滴加速度改變?yōu)?ml/min或5ml/min或其余條件同實(shí)施例1，制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線M和N。實(shí)施例1517Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例1，將實(shí)施例1中反應(yīng)時(shí)間改變?yōu)?0min，60min,90min其余條件同實(shí)施例1,制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線0Q。實(shí)施例18-21Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例1，將實(shí)施例1中氯化亞鐵溶液中加入酒石酸鈉10g/L，23g/L，46g/L，100g/L，其余條件同實(shí)施例1，制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線RU。實(shí)施例2224Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例1,將實(shí)施例1中氯化亞鐵溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮2g/L，10g/L，15g/L,其余條件同實(shí)施例l,制得Fe-B非晶牽合金納米線VX。實(shí)施例25Fe-B非晶態(tài)合金納米線的制備方法如實(shí)施例1,將實(shí)施例1中氯化亞鐵溶液中加入酒石酸鈉2.3g及聚乙烯吡咯烷酮1g，其余條件同實(shí)施例1,制得Fe-B非晶態(tài)合金納米線Y。其SEM照片見附圖3。由圖可見，這的的Fe-B非晶態(tài)合金納米線的直徑在80納米左右，長度在1015微米。實(shí)施例26使用振動樣品磁強(qiáng)計(jì)測量所得樣品的磁學(xué)性質(zhì)，部分Fe-B非晶態(tài)合金納米線的相關(guān)磁學(xué)參數(shù)如表1所示。由表l的數(shù)據(jù)可知，樣品的磁學(xué)參數(shù)隨著制備中引入的外加磁場的變化而顯著變化矯頑力逐漸增加，而飽和感應(yīng)強(qiáng)度降低；也就是說當(dāng)樣品處于磁場中時(shí)更容易發(fā)生磁化，且在撤去磁場后能夠很好的保持磁性。因此用這種方法制備的Fe-B非晶態(tài)合金納米線可能會在磁記錄材料或磁性催化劑基體中得到很好的應(yīng)用。表1所得Fe-B非晶態(tài)合金納米線的相關(guān)磁學(xué)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、本發(fā)明介紹了一種通過引入不同類型和強(qiáng)度的外加電磁場，使用KBH4為還原劑制備一維Fe-B非晶態(tài)合金納米線的方法。反應(yīng)中施加的外加磁場在線狀Fe-B非晶態(tài)合金的形成中起到重要的作用，而且由這種方法得到的產(chǎn)物與未引入磁場所得產(chǎn)物相比，其磁學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了變化。本發(fā)明的特點(diǎn)是制備了一種直徑在50～80納米，長度在1～15微米左右的Fe-B非晶態(tài)合金納米線，產(chǎn)物尺寸均勻一致。這種方法簡單易行，可以簡便快速地制備出一維Fe-B非晶態(tài)合金納米線。催化還原脫氯劑的制備將反應(yīng)容器置于電磁場裝置中，在電磁場線圈中通入直流或交流電流，通過調(diào)節(jié)所通電流的大小，控制磁場裝置產(chǎn)生的不同強(qiáng)度的磁場。以二價(jià)鐵鹽為原料，溶解于去離子水配制成溶液，溶液中鐵離子的濃度為0.01～0.5mol/L，溶液通入氬氣以去除溶解于其中的氧氣。將KBH4溶解于去離子水中，配制成濃度為0.01～0.5mol/L的溶液。KBH4溶液在攪拌下加入到二價(jià)鐵溶液中，滴加速度為0.2～5ml/min。反應(yīng)中始終通入氬氣，并保持反應(yīng)溫度在0～60℃，反應(yīng)時(shí)間為15～120min。將所得的產(chǎn)物分離，并先后用去離子水和無水乙醇洗滌。洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥器中干燥2h，溫度為60℃。反應(yīng)中可添加適量絡(luò)合劑和表面活性劑。2、按照權(quán)利要求1所述的磁場為在電磁場線圈通入直流電產(chǎn)生的恒定磁場和通入交流電流產(chǎn)生的交變磁場。3、按照權(quán)利要求l所述的溶液中鐵離子的濃度為0.010.5mol/L，優(yōu)選濃度為0.05mol/L。4、按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)中加入KBH4溶液濃度為0.010.5mol/L，優(yōu)選0.1mol/L。5、按照權(quán)利要求l所述的KBH4溶液滴加速度為0.25ml/min，優(yōu)選1ml/min。6、按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)溫度為060'C，優(yōu)選25。C。7、按照權(quán)利要求l所述的反應(yīng)時(shí)間為15120min，優(yōu)選45min。8、按照權(quán)利要求l所述的表面活性劑和絡(luò)合劑優(yōu)選聚乙烯吡咯垸酮和酒石酸鈉。全文摘要本發(fā)明的目的是提供一種制備磁性Fe-B非晶態(tài)合金納米線的方法。本發(fā)明的特點(diǎn)在于在電磁場裝置中化學(xué)還原制備Fe-B非晶態(tài)合金。將反應(yīng)器置于電磁場裝置之中，使用還原劑將一定濃度的二價(jià)鐵鹽進(jìn)行還原。在電磁場的線圈內(nèi)通入直流或交流電，可以分別產(chǎn)生恒定磁場或交變磁場。在不同磁場中進(jìn)行還原反應(yīng)，可以得到形貌不同的具有線狀結(jié)構(gòu)的Fe-B非晶態(tài)合金。經(jīng)測量可知，不同形貌的Fe-B非晶態(tài)合金納米線具有不同的磁學(xué)性能。本反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)在于，反應(yīng)可在常溫下進(jìn)行，條件簡單易行，容易控制，符合實(shí)際生產(chǎn)的需求。文檔編號C22C45/02GK101220447SQ20081005209公開日2008年7月16日申請日期2008年1月17日優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日發(fā)明者張明慧,偉李,陶克毅,奕韓申請人:南開大學(xué)