CN101475367A - 一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备新方法，其特征在于制备新方法包括如下步骤：(1)将一定量硝酸钡和硝酸铁混合，加入一定量的柠檬酸水溶液，搅拌，保持温度为55－65℃，直到该混合固体完全溶解，得到含钡、铁的柠檬酸溶液中；控制摩尔比在Ba∶Fe∶柠檬酸＝1∶(11.5～12)∶(15～20)；(2)取一定量经浓硝酸6～12M活化、纯化后的碳纳米管加入(1)所得溶液中，控制摩尔比C与Fe在0～3之间，充分搅拌得到均匀的碳纳米管/柠檬酸溶胶溶液；(3)将(2)所得溶液用氨水调节溶胶的pH值(5～7)，溶液经充分搅拌后在一定温度下60－90℃静置得到粘稠状的溶胶；(4)将上述溶胶于80～250℃形成干凝胶，并在850～1200℃温度下空气中煅烧1～3h得到纳米钡铁氧体磁性材料。

Description

一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备方法，属于纳米磁性材料无机合成领域。

背景技术

M型钡铁氧体(BaFe₁₂O₁₉)以其优异的磁性能(高的单轴各项异性、高的居里温度(723K)、较大的饱和磁化强度(理论值71.6Am²/kg)和高矫顽力(理论值6700Oe)等)和抗腐蚀、抗氧化及耐磨损等性能而被广泛应用于国民经济的各个方面。由于其优异的性价比，钡铁氧体的年产量约占永磁材料的50％左右，而且有不断增长的趋势。目前，制备纳米级钡铁氧体材料的方法众多，有化学共沉淀法，玻璃晶化法，微乳液法，低温化学法和喷雾热解法等[J.X.Qiu，M.Y.Gu，H.G.Shen，Journal of Magnetism and MagneticMaterials，2005，295：263～268；K.S.Moghaddam，A.Ataie，Journal of Alloys andCompounds，2006，426：415～419.]。但是这些方法通常都需要约1000℃以上的高温热处理才能形成纳米级钡铁氧体。

为了获取更好的磁性能，需要将钡铁氧体的粒子超细化达到纳米量级以形成单畴结构。溶胶-凝胶法(sol-gel)具有反应温度低，过程容易控制等优点，而且制备的纳米颗粒组分精确、成分均匀，目前已成为制备纳米材料的重要方法之一。溶胶凝胶法主要是利用蛰合剂在凝胶中形成网络结构，使各种金属离子达到良好分散的效果，最终得到晶粒较均一的纳米材料[H.F.Yu and P.C.Liu，Journal of Alloys and Compounds，2006，416(1-2)：222～227.]。为了获取更好的磁性能，需要将钡铁氧体的粒子超细化达到纳米量级以形成单畴结构。碳纳米管作为优异的准一维结构材料，可广泛应用于功能材料的合成、催化剂的载体、纳电子器件的合成以及场发射电子器件的开发等领域。碳纳米管具有非常大的表面比，表面可吸附金属离子，可进一步使金属离子分散良好，从而达到细化钡铁氧体颗粒的目的。基于以上想法，本发明总结了一条利用碳纳米管为载体结合溶胶凝胶技术的钡铁氧体纳米磁性材料的合成方法，可有效提升钡铁氧体纳米磁性粉体材料的磁性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单，操作方便，成本较低的纳米钡铁氧体磁性材料制备工艺。

本发明提供纳米钡铁氧体磁性材料的制备方法，使用碳纳米管和相关可溶性盐及为原料，结合溶胶凝胶技术合成具有优良磁学性能的钡铁氧体材料。

本发明的主要工艺步骤如下：

一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备新方法，其特征在于制备新方法包括如下步骤：

制备新方法包括如下步骤：

(1)在制备过程中引入碳纳米管作为分散剂及模板剂；

(2)将按一定化学计量比称取Fe³⁺、Ba²⁺盐或它们的混合物溶于去离子水中，并在溶液中加入适量的络合剂，充分搅拌；

(3)向(2)处理过的溶液中添加一定量摩尔比：C:Fe＝0～2.5的碳纳米管，在室温下充分搅拌后用氨水调节pH＝5～7，并在20～100℃挥发溶剂，得到碳纳米管—钡铁氧体前驱体的稠状溶胶溶液；

(4)将(3)中的稠状溶胶，置于干燥箱中在80～250℃形成凝胶。取出，研磨，并在850～1200℃温度下空气中煅烧1-3h，得到专利要求的纳米钡铁氧体磁性材料。

操作步骤为：

1.将一定量硝酸钡(Ba(NO₃)₂)和硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)混合，加入一定量的柠檬酸(C₆H₈O₇·H₂O)水溶液，搅拌，保持温度为55-65℃，直到该混合固体完全溶解，得到含钡、铁的柠檬酸溶液中。控制摩尔比在Ba:Fe:柠檬酸＝1:(11.5～12):(15～20)。

2.取一定量经浓硝酸(6～12M)活化、纯化后的碳纳米管加入上述溶液中，控制摩尔比C与Fe在0～3之间，充分搅拌得到均匀的碳纳米管/柠檬酸溶胶溶液。

3.用氨水调节溶胶的pH值(5～7)，溶液经充分搅拌后在一定温度下(60-90℃)静置得到粘稠状的溶胶。

4.将上述溶胶于80～250℃形成干凝胶，并在850～1200℃温度下空气中煅烧1～3h得到纳米钡铁氧体磁性材料。

5.本发明所述上述铁盐包括硝酸盐、醋酸盐、氯化物等；钡盐可用硝酸盐、碳酸盐、氯化物等；络合剂可用乙酸、柠檬酸等。

本发明提供的方法实施方便，对实验设备要求不高，成本低；为了改善纳米钡铁氧体的性能，采用碳纳米管分散技术；本发明方法制备的纳米钡铁氧体具有优良的磁学性能，可作为优良的永磁材料而被广泛用于国民经济各个方面。

本发明具有如下优点，主要体现在：制备粉体颗粒细，磁性能优异；原料来源广泛，实验操作简单，适用性广。

具体实施方案

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

按一定化学计量比称取原料(均为化学分析纯)，硝酸钡(Ba(NO₃)₂)：九水硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)：柠檬酸(C₆H₇O₈·H₂O)＝1：12：15(摩尔比)的比例混合，其中硝酸铁的质量为87.5g，加入到去离子水中，不停搅拌使之完全溶解。加入6.5g碳纳米管并持续搅拌均匀，使溶胶溶液络合完全。溶液的初始pH值为0.8，而后用氨水溶液(氨水含量25％)将溶胶溶液pH值分别调节至7。在80℃恒温水浴条件下缓慢蒸发至粘稠状，然后在200℃下使其发生自蔓延燃烧，形成烟灰状疏松粉末。研磨后各取适量的纳米钡铁氧体在1000℃下在空气中煅烧处理3h，得到性能优异的纳米钡铁氧体磁性材料。

样品的磁滞回线用振动样品磁强计(VSM，model 7407，LakeShore)测试，结果如图1所示，展现出较好的磁性能。碳纳米管的掺杂可以在一定程度上提高纳米钡铁氧体粉体材料的矫顽力及比饱和磁化强度。

实施例2：

按一定化学计量比称取原料(均为化学分析纯)，碳酸钡(BaCO₃)：九水硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)：乙酸(C₂H₄O₂)＝1：12：20(摩尔比)的比例混合，其中硝酸铁的质量为87.5g，加入到去离子水中，不停搅拌使之完全溶解。加入3.3g碳纳米管并持续搅拌均匀，使溶胶溶液络合完全。溶液的初始pH值为0.8，而后用氨水溶液(氨水含量25％)将溶胶溶液pH值分别调节至5。在70℃恒温水浴条件下缓慢蒸发至粘稠状，然后在250℃下使其发生自蔓延燃烧，形成烟灰状疏松粉末。研磨后各取适量的纳米钡铁氧体在1100℃下在空气中煅烧处理3h，得到性能优异的纳米钡铁氧体磁性材料。

样品的相结构用x射线衍射(XRD，X’Pert MPD，Philip)测试，具体结果如图2所示，溶胶中碳纳米管的掺杂并没有改变钡铁氧体的相结构，样品表现出单一的磁铅石钡铁氧体相结构。

Claims (4)

1、一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备新方法，其特征在于制备新方法包括如下步骤：

(1)在制备过程中引入碳纳米管作为分散剂及模板剂；

(2)将按一定化学计量比称取Fe³⁺、Ba²⁺盐或它们的混合物溶于去离子水中，并在溶液中加入适量的络合剂，充分搅拌；

(3)向(2)处理过的溶液中添加一定量摩尔比：C:Fe＝0～2.5的碳纳米管，在室温下充分搅拌后用氨水调节pH＝5～7，并在20～100℃挥发溶剂，得到碳纳米管—钡铁氧体前驱体的稠状溶胶溶液；

(4)将(3)中的稠状溶胶，置于干燥箱中在80～250℃形成凝胶。取出，研磨，并在850～1200℃温度下空气中煅烧1-3h，得到专利要求的纳米钡铁氧体磁性材料。

2、根据权利要求1所述的一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备新方法，其特征在于制备新方法包括如下步骤：

(1)将一定量硝酸钡(Ba(NO₃)₂)和硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)混合，加入一定量的柠檬酸(C₆H₈O₇·H₂O)水溶液，搅拌，保持温度为55-65℃，直到该混合固体完全溶解，得到含钡、铁的柠檬酸溶液中。控制摩尔比在Ba:Fe：柠檬酸＝1:(11.5～12):(15～20)；

(2)取一定量经浓硝酸(6～12M)活化、纯化后的碳纳米管加入(1)所得溶液中，控制摩尔比C与Fe在0～3之间，充分搅拌得到均匀的碳纳米管/柠檬酸溶胶溶液；

(3)将(2)所得溶液用氨水调节溶胶的pH值(5～7)，溶液经充分搅拌后在一定温度下(60-90℃)静置得到粘稠状的溶胶；

(4)将上述溶胶于80～250℃形成干凝胶，并在850～1200℃温度下空气中煅烧1～3h得到纳米钡铁氧体磁性材料。

3、根据权利要求1或2所述的一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备新方法，其特征在于上述铁盐包括硝酸盐、醋酸盐、氯化物；钡盐可用硝酸盐、碳酸盐、氯化物等；络合剂可用乙酸、柠檬酸。

4、根据权利要求1或2所述的一种纳米钡铁氧体磁性材料的制备新方法，其特征在于本方法适用于制备其它纳米磁性材料。

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