CN101695758A - 一种多元醇合成磁性纳米钐钴颗粒的方法 - Google Patents

一种多元醇合成磁性纳米钐钴颗粒的方法 Download PDF

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Abstract

一种多元醇合成磁性纳米钐钴颗粒的方法，属于磁性钐钴材料的制备。本发明将钐、钴摩尔比为1∶5或2∶17的硝酸盐或乙酸盐置于多元醇有机溶剂中，得到浓度为0.1mol/L～5mol/L的钐钴多元醇溶液；配制浓度为0.05mol/L～0.5mol/L的聚乙烯基吡咯烷酮多元醇溶液；将多元醇有机溶剂加热至140℃～300℃后保温10min～90min，然后将钐钴多元醇溶液和聚乙烯基吡咯烷酮多元醇溶液以0.2mL/min～10mL/min速度同时加入容器中，机械搅拌反应30min～360min；经离心分离和洗涤，得到磁性纳米钐钴粉末颗粒。本发明采用无毒的化学原料直接合成平均粉末颗粒≤20nm、磁性能优良(矫顽力≥1000Oe，饱和磁化强度≥100emu/g)、分散性好、粒度分布均匀的磁性纳米钐钴颗粒，且工艺简单、成本低、易形成产业化规模。

Description

一种多元醇合成磁性纳米钐钴颗粒的方法
技术领域
本发明涉及一种磁性纳米钐钴颗粒的多元醇化学合成方法，属于磁性钐钴材料制备工艺技术领域。
背景技术
钐钴永磁体主要包括2∶17型SmCo永磁体和1∶5型SmCo永磁体，它是一种具有较高居里温度、良好磁性能和高矫顽力的稀土永磁材料，广泛应用于各工业领域中。纳米钐钴永磁颗粒的磁晶各向异性较高，超顺磁临界尺寸很小，如SmCo5的单轴磁晶各向异性大于1×107J/m-3，超顺磁临界尺寸约4nm。这种永磁颗粒不仅是第四代纳米双相耦合永磁体的优质原料，还能作为磁记录介质，使磁记录密度达到1000Gb/in2以上。
目前制备纳米钐钴永磁颗粒的方法主要有高能球磨和化学合成法。高能球磨是粉末冶金领域中一种典型的制备超细粉末的技术，可以获得微、纳米级粉末颗粒，但是易造成粉末脏化(磨球和球磨罐的碰撞产生)，并且粉末粒度分布范围宽、粉末团聚比较严重。近期报道的化学合成方法(J.Appl.Phys.，2003，93(10)：7589-7591和Colloids&Surfaces A：Physicochem.Eng.Aspects，2008，313-314：621-624)是将乙酰丙酮钐和羰基钴溶解在有机溶剂中，在270-280℃下反应，然后离心分离、洗涤，获得分散性较好的纳米颗粒，但是，所采用的乙酰丙酮钐和羰基钴均具有很强的毒性，操作非常危险性，且原料成本高。
发明内容
本发明目的在于提供一种多元醇合成磁性纳米钐钴颗粒的方法，采用无毒的硝酸钐和硝酸钴，或乙酸钐和乙酸钴为原料，以乙二醇、丙三醇、四甘醇或聚乙二醇等多元醇为溶剂和还原剂，直接获得磁性能优良、分散性好、粒度分布均匀的磁性纳米钐钴颗粒。这种方法既能解决高能球磨的脏化、粒度分布范围宽、粉末团聚等问题，也能避免目前化学合成方法的毒性高、操作危险等问题。获得的磁性纳米钐钴颗粒可以为第四代纳米双相耦合永磁材料和超高密度磁记录介质提供优质原料。
本发明采用多元醇有机溶剂在低温下原位合成方法，将溶于多元醇有机溶剂中的硝酸钐和硝酸钴，或乙酸钐和乙酸钴直接合成磁性纳米钐钴合金颗粒，其具体步骤如下：
a.将钐、钴摩尔比为1∶5或2∶17的硝酸钐和硝酸钴，或将钐、钴摩尔比为1∶5或2∶17的乙酸钐和乙酸钴置于多元醇有机溶剂中，搅拌溶解，配制成浓度为0.1mol/L～5mol/L的钐钴多元醇溶液；
b.把聚乙烯基吡咯烷酮PVP溶于多元醇有机溶剂中，配制成浓度为0.05mol/L～0.5mol/L的PVP多元醇溶液；
c.先把与钐钴多元醇溶液体积比相同的多元醇有机溶剂置于带冷凝管回流装置的容器中，加热至140℃～300℃，保温10min～90min，然后将钐钴多元醇溶液和PVP多元醇溶液以0.2mL/min～10mL/min的速度同时加入容器中，在机械搅拌下反应30min～360min后，停止加热，自然冷却；
d.采用离心分离机把反应后的溶液与粉末颗粒分离，将分离后的粉末颗粒在无水乙醇或丙酮中进行洗涤，然后再进行离心分离，最后得到钐钴合金粉末颗粒。
本发明所采用多元醇有机溶剂为乙二醇、丙三醇、四甘醇或聚乙二醇等高沸点有机溶剂。
本发明采用无毒的化学原料直接合成平均粒度≤20nm、磁性能优良(矫顽力≥1000Oe，饱和磁化强度≥100emu/g)、分散性好、粒度分布均匀的磁性纳米钐钴颗粒，既解决高能球磨的脏化、粒度分布范围宽、粉末团聚等问题，又避免目前化学合成方法的毒性高、操作危险等问题。本发明工艺简单、成本低、易形成产业化规模。
附图说明
图1是实施例2获得的1∶5型SmCo粉末颗粒微观形貌，其平均尺寸15nm；
图2是实施例2获得的2∶17型SmCo粉末颗粒微观形貌，其平均尺寸18nm；
图3是实施例2获得的2∶17型SmCo粉末的XRD图。
具体实施方式
实施例1：
将钐、钴摩尔比为1∶5和2∶17的乙酸钐和乙酸钴分别置于乙二醇溶剂中，搅拌溶解，得到0.1mol/L钐钴溶液。配制浓度为0.5mol/L聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)乙二醇溶液。在带冷凝管回流装置容器中放入与钐钴溶液相同体积比的乙二醇溶剂，加热至140℃，保温90min，然后将钐钴溶液和PVP溶液以0.2mL/min速度加入到容器中，机械搅拌下反应360min后，停止加热，自然冷却。采用离心分离机把反应后的溶液与粉末颗粒分离，将分离后的粉末颗粒在丙酮中进行洗涤，然后再进行离心分离，最后得到钐钴合金粉末颗粒。表1为两种粉末的磁性能。
表1实施例1获得粉末的磁性能
Sm和Co的摩尔比 粉末平均粒度(nm)   饱和磁化强度(emu/g) 矫顽力(Oe)
  1∶5   18   104.5   1041
  2∶17   20   107.1   1081
实施例2
将钐、钴摩尔比为1∶5和2∶17的乙酸钐和乙酸钴分别置于四甘醇溶剂中，搅拌溶解，得到5mol/L钐钴溶液。配制浓度为0.1mol/L聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)四甘醇溶液。在带冷凝管回流装置容器中放入与钐钴溶液相同体积比的四甘醇溶剂，加热至300℃，保温10min，然后将钐钴溶液和PVP溶液以0.2mL/min速度加入到容器中，机械搅拌下反应30min后，停止加热，自然冷却。采用离心分离机把反应后的溶液与粉末颗粒分离，将分离后的粉末颗粒在丙酮中进行洗涤，然后再进行离心分离，最后得到钐钴合金粉末颗粒。获得的1∶5型SmCo粉末颗粒微观形貌，其平均尺寸15nm，如图1所示；获得的2∶17型SmCo粉末颗粒微观形貌，其平均尺寸18nm，如图2所示；获得的2∶17型SmCo粉末的XRD图，如图3所示。表2为两种粉末的磁性能。
表2实施例2获得粉末的磁性能
Sm和Co的摩尔比 粉末平均粒度(nm)   饱和磁化强度(emu/g) 矫顽力(Oe)
  1∶5   15   109.3   1233
  2∶17   18   112.6   1165
实施例3
将钐、钴摩尔比为1∶5和2∶17的乙酸钐和乙酸钴分别置于丙三醇溶剂中，搅拌溶解，得到1mol/L的钐钴溶液。配制浓度为0.05mol/L聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)丙三醇溶液。在带冷凝管回流装置容器中放入与钐钴溶液相同体积比的丙三醇溶剂，加热至197℃，保温60min，然后将钐钴溶液和PVP溶液以10mL/min的速度加入至容器中，机械搅拌下反应280min后，停止加热，自然冷却。采用离心分离机把反应后的溶液与粉末颗粒分离，将分离后的粉末颗粒在丙酮中进行洗涤，然后再进行离心分离，最后得到钐钴合金粉末颗粒。表3为两种粉末的磁性能。
表3实施例3获得粉末的磁性能
Sm和Co的摩尔比 粉末平均粒度(nm)   饱和磁化强度(emu/g) 矫顽力(Oe)
  1∶5   19   100.6   1006
  2∶17   20   102.1   1003
实施例4
将钐、钴摩尔比为1∶5和2∶17的硝酸钐和硝酸钴分别置于四甘醇溶剂中，搅拌溶解，得到1mol/L的钐钴溶液。配制浓度为0.1mol/L聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)四甘醇溶液。在带冷凝管回流装置容器中放入与钐钴溶液相同体积比的四甘醇溶剂，加热至250℃，保温60min，然后将钐钴溶液和PVP溶液以1mL/min的速度加热至容器中，机械搅拌下反应120min后，停止加热，自然冷却。采用离心分离机把反应后的溶液与粉末颗粒分离，将分离后的粉末颗粒在无水乙醇中进行洗涤，然后再进行离心分离，最后得到钐钴合金粉末颗粒。表4为两种粉末的磁性能。
表4实施例4获得粉末的磁性能
Sm和Co的摩尔比 粉末平均粒度(nm)   饱和磁化强度(emu/g) 矫顽力(Oe)
  1∶5   11   110.8   1145
  2∶17   14   103.6   1098
实施例5
将钐、钴摩尔比为1∶5和2∶17的硝酸钐和硝酸钴分别置于聚乙二醇溶剂中，搅拌溶解，得到0.5mol/L的钐钴溶液。配制浓度为0.1mol/L聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)聚乙二醇溶液。在带冷凝管回流装置容器中放入与钐钴溶液相同体积比的聚乙二醇溶剂，加热至210℃，保温50min，然后将钐钴溶液和PVP溶液以1mL/min速度加入至容器中，机械搅拌下反应220min后，停止加热，自然冷却。采用离心分离机把反应后的溶液与粉末颗粒分离，将分离后的粉末颗粒在无水乙醇中进行洗涤，然后再进行离心分离，最后得到钐钴合金粉末颗粒。表5为两种粉末的磁性能。
表5实施例5获得粉末的磁性能
Sm和Co的摩尔比 粉末平均粒度(nm)   饱和磁化强度(emu/g) 矫顽力(Oe)
  1∶5   19   106.2   1026
  2∶17   18   107.1   1013

Claims (2)

1.一种多元醇合成磁性纳米钐钴颗粒的方法，其特征在于，采用多元醇有机溶剂在低温下原位合成方法，将溶于多元醇有机溶剂中的钐盐和钴盐直接合成磁性纳米钐钴颗粒，具体步骤如下：
a.将钐、钴摩尔比为1∶5或2∶17的硝酸钐和硝酸钴，或将钐、钴摩尔比为1∶5或2∶17的乙酸钐和乙酸钴置于多元醇有机溶剂中，搅拌溶解，配制成浓度为0.1mol/L～5mol/L的钐钴多元醇溶液；
b.把聚乙烯基吡咯烷酮PVP溶于多元醇有机溶剂中，配制成浓度为0.05mol/L～0.5mol/L的PVP多元醇溶液；
c.先把与钐钴多元醇溶液体积比相同的多元醇有机溶剂置于带冷凝管回流装置的容器中，加热至140℃～300℃，保温10min～90min，然后将钐钴多元醇溶液和PVP多元醇溶液以0.2mL/min～10mL/min的速度同时加入容器中，在机械搅拌下反应30min～360min后，停止加热，自然冷却；
d.采用离心分离机把反应后的溶液与粉末颗粒分离，将分离后的粉末颗粒在无水乙醇或丙酮中进行洗涤，然后再进行离心分离，得到钐钴合金粉末颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种多元醇合成磁性纳米钐钴颗粒的方法，其特征在于，所述的多元醇有机溶剂为乙二醇、丙三醇、四甘醇或聚乙二醇中的一种。
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