CN103506620B - 铁/钛酸钡核壳粒子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种铁/钛酸钡核壳复合粒子及其制备方法，属于功能纳米复合材料领域。利用一次包覆法，通过反应物、还原剂、反应时间、反应温度和pH值的选择和控制，制备得到粒径大小约为600nm，壳层厚度约为70nm的铁/钛酸钡核壳粒子，其中粒子表面单质铁的含量达到铁元素总量的30％。制备反应操作简单，条件易控，制备温度低，获得的材料结构新颖。

Description

铁/钛酸钡核壳粒子
技术领域本发明涉及一种磁电功能纳米复合材料，特别涉及铁/钛酸钡核壳型复合粒子及其制备方法。
背景技术磁电复合材料是将铁电相与铁磁相经一定的方法复合形成的一种新型功能材料，不仅具有前者的压电效应和后者的磁致伸缩效应，而且还能产生出新的磁电转换效应。相对于单相磁电材料，磁电复合材料具有较高的Neel和Curie温度，磁电转换系数大等诸多优点，可被用于微波、高压输电宽波段磁探测，磁场感应器等领域，尤其是在微波泄露、高压输电系统中的电流测量方面有着很突出的优势。此外，磁电复合材料在智能滤波器、磁电传感器、电磁传感器等领域也潜在着巨大的的应用前景。目前，磁电复合材料作为一种非常重要的功能材料，已成为当今铁电、铁磁功能材料领域的一个新的研究热点。目前主流的磁电复合材料主要集中在层状复合材料及机械混杂复合材料，而对以铁电性材料为核铁磁性材料为壳的报道甚少。以具有铁电性的钛酸钡为核、铁磁性的单质铁为壳的磁电复合粒子目前还尚未见有报道。本发明利用一次包覆法，通过选择和控制反应物、还原剂、反应时间、反应温度和pH值等制备得到球径大小约为600nm，壳层厚度约为70nm的铁/钛酸钡核壳磁电复合粒子。
发明内容本发明利用一次包覆法，通过反应物、还原剂、反应时间、反应温度和pH值的选择和控制，制备得到粒径大小约为600nm，壳层厚度约为70nm的铁/钛酸钡核壳粒子，其中粒子表面单质铁的含量达到铁元素总量的30％。本发明具体内容如下(制备方案图参见图1)：
(1)将无水乙醇与乙腈以5：7的体积比混合后置于冰浴下搅拌，加入浓度为14.823mol·dm-3的氨水溶液并搅拌得到浓度为0.106mol·dm-3的氨溶液①，再在同样的无水乙醇与乙腈的混合溶液中加入钛酸四丁酯得到0.069mo1·dm-3钛酸四丁酯溶液②，然后将溶液②缓慢加入溶液①中，搅拌反应2h，静置陈化8h，经抽滤、洗涤并在60℃下干燥得到固体二氧化钛；
(2)将(1)制备所得的二氧化钛分散到水中得到质量百分数为1.4％的二氧化钛悬浊液，向其中加入固体氢氧化钡(Ba元素与Ti元素的物质的量之比为1：1)，经搅拌均匀后置于反应釜中100℃下反应24h，反应产物经冷却、抽滤，1：10的甲酸水溶液和二次水洗涤至中性，100℃下干燥得到钛酸钡固体；
(3)将(2)制备所得的钛酸钡固体均匀分散到0.045mol·dm-3三氯化铁溶液中(钛酸钡与三氯化铁的物质的量比为1：1)，机械搅拌下向其中匀速滴加浓度为0.251mol·dm-3的硼氢化钠溶液(硼氢化钠与三氯化铁的物质的量比为5.5：1)，同时加入少量的1.000mol·dm-3氢氧化钠溶液以控制溶液pH保持在9.5-10.5范围内，反应30min后，固体用水和乙醇洗涤，40℃下真空干燥，得到铁/钛酸钡核壳粒子。
附图说明
图1制备铁/钛酸钡核壳粒子的制备流程图。
图2实施事例产品的TEM、SEM图。
图3实施事例产品的XRD图。
图4实施事例产品的XPS宽谱图。
图5实施事例产品的XPS窄谱图。
具体实施方式本发明的具体实施过程和方式由以下实施事例并附图详细说明。
在冰浴下将25mL无水乙醇和35mL乙腈互溶，并向其中加入0.5mL浓度为14.823mol·dm-3的浓氨水搅拌得到溶液①，向另一组无水乙醇、乙腈混合液中加入1.7mL钛酸四丁酯并摇匀得到②溶液，将②置于分液漏斗中缓慢加入①中，滴完后继续搅拌2h，然后陈化8h，洗涤抽滤干燥后得到二氧化钛。称取0.950g制备所得的二氧化钛加入到100mL内衬为聚四氟乙烯的反应釜，并加入70mL二次水，室温下搅拌1h后再加入3.787g八水合氢氧化钡继续搅拌1h后密封反应釜在100℃下反应24h，反应完全后冷却至室温，并用1：10的甲酸水溶液洗涤3次再用二次水洗涤至中性后在100℃下干燥得到钛酸钡。
将制备好的钛酸钡称取0.210g加入到装有20mL0.045mol·dm-3三氯化铁溶液的三口烧瓶中，并置于超声分散仪中超声分散30min。分散完毕后向其中加入20mL0.251mol·dm-3的硼氢化钠溶液同时加入2mL浓度为1.000mol·dm-3的氢氧化钠溶液，室温下将得到的溶液在机械搅拌下逐滴匀速的滴入到三口烧瓶中，滴加完毕后继续搅拌30min。将最终得到的固体物质用二次水洗涤和无水乙醇洗涤数次，置于40℃下真空干燥。
经过TEM和SEM(如图2)，所得粒子为复合材料，具有核壳结构，粒径大小为600nm，壳层厚度为70纳米；XRD的图谱分析(如图3)表明核心材料为立方相钛酸钡晶体。XPS(如图4、5)表明表面壳层由单质铁和三价铁的化合物组成，其中铁元素的含量占粒子总质量的10％(如图4)，单质铁的含量占铁元素含量的30％(如图5)。

Claims (2)

1.一种铁/钛酸钡复合粒子，该粒子主要特征是核壳结构，球径大小为600nm，以单质铁和三价铁组成的铁物质层包覆在立方相钛酸钡的表面，壳层厚度为70nm，其中单质铁占铁元素总量的30％，通过选择和控制反应物、还原剂、反应时间、反应温度和pH值制备得到，具体制备工艺过程包括以下步骤：
(1)将无水乙醇和乙腈以5∶7的体积比混合，冰浴下搅拌并加入浓度为14.823mol.dm-3的氨水得到浓度为0.106mol·dm-3的氨溶液①，再在同样的无水乙醇与乙腈的混合溶液中加入钛酸四丁酯得到0.069mol·dm-3钛酸四丁酯溶液②，然后将溶液②缓慢加入溶液①中，搅拌反应2h，静置陈化8h，经抽滤、洗涤并在60℃下干燥得到固体二氧化钛；
(2)将(1)制备所得的二氧化钛分散到水中得到质量百分数为1.4％的二氧化钛悬浊液，向其中加入与二氧化钛等物质的量的固体氢氧化钡，经搅拌均匀后置于反应釜中100℃下反应24h，反应产物经冷却抽滤、用甲酸与水以体积分数比为1∶10配制所得的甲酸水溶液和水依次洗涤至中性、100℃下干燥得到钛酸钡固体；
(3)将(2)制备所得的钛酸钡固体均匀分散到0.045mol·dm-3三氯化铁溶液中，机械搅拌下向其中匀速滴加浓度为0.251mol·dm-3的硼氢化钠溶液，其中钛酸钡固体和三氯化铁以及硼氢化钠的物质的量比为1∶1∶5.5，同时加入少量的1.000mol·dm-3氢氧化钠溶液以控制溶液pH保持在9.5-10.5范围内，反应30min后，固体用水和乙醇洗涤，40℃下真空干燥，得到铁/钛酸钡复合粒子。
2.如权利要求1所述一种铁/钛酸钡复合粒子，该粒子主要特征是制备采用一次包覆法，制备反应操作简单，条件易控，制备温度低。
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