CN103613374B - 一种钴铁氧体碳纳米管复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种钴铁氧体碳纳米管复合材料及其制备方法，它涉及一种碳纳米管负载磁性颗粒钴铁氧体的制备方法。一种钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料由CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的二甘醇溶液、NaOH的二甘醇溶液和碳纳米管的二甘醇分散液制备而成。步骤：一、制备CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的二甘醇溶液；二、制备NaOH的二甘醇溶液；三、制备碳纳米管的二甘醇分散液；四、混合搅拌处理；五、水热处理；六、洗涤干燥处理。优点：一、对碳纳米管的结构几乎没有破坏，操作简单、成本低；二、本发明制备的钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料具有优异的铁磁性能，高的饱和磁化强度和矫顽力。本发明主要用于制备钴铁氧体碳纳米管复合磁性材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管负载磁性颗粒钴铁氧体的制备方法。
背景技术
碳纳米管具有特殊的一维中空的纳米结构，它主要由呈六边形排列的碳原子构成的单层或数层的同轴圆管构成，具有优良的耐热、耐腐蚀、耐冲击性能，而且传热和导电性能好，高温强度高，有自润滑性能和生物相容性等一系列综合性能，自1991年被Iijma博士发现以来已成为重要的研究热点。碳纳米管/磁性颗粒复合材料兼具碳纳米管和磁性颗粒的优异性能，并能在相互作用下得到进一步的优化，使其在药物载运、催化、材料增强、磁数据存储、电子器件、生物传感器等方面具有广阔的应用前景。在《Preparation and magnetic properties of multiwalled carbon nanotubes decorated by Fe3O4 nanoparticles》中采用碳纳米管和摩尔比为1:2的FeCl2·4H2O、FeCl3·6H2O合成了Fe3O4碳纳米管复合材料，但是该方法得到的Fe3O4碳纳米管复合材料的饱和磁化强度只有7.52emu·g-1，远远小于Fe3O4的饱和磁化强度（101.24emu·g-1），而且其矫顽力几乎为零。
发明内容
本发明的目的是要解决现有制备Fe3O4碳纳米管复合材料的方法得到的材料低饱和磁化强度和矫顽力的问题，而提供一种钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料及其制备方法。
钴铁氧体作为一种典型的磁性材料，饱和磁化强度可达94emu·g-1，矫顽力可达3.4×105A·m-1，是一种性能优良的磁性材料。
一种钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料由CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的二甘醇溶液、NaOH的二甘醇溶液和碳纳米管的二甘醇分散液制备而成，所述的CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的摩尔比为1:2。
一种钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的二甘醇溶液：将1.5mmolCoCl2·6H2O和3mmolFeCl3·6H2O加入到20ml的二甘醇中，90℃油浴搅拌至溶液；二、制备NaOH的二甘醇溶液：将12mmolNaOH加入到10ml二甘醇中，60℃水浴搅拌至溶液。三、制备碳纳米管的二甘醇分散液：将30mg碳纳米管加入到10ml二甘醇中，先进行超声分散，在60℃水浴搅拌10h，即得到分散均匀的碳纳米管的二甘醇分散液；四、混合搅拌处理：步骤一完成后，在90℃油浴条件下，向里面加入5ml二乙醇胺，搅拌10min，然后加入步骤二完成的NaOH的二甘醇溶液，搅拌10min，最后再加入步骤三完成的碳纳米管的二甘醇分散液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物。五、水热处理：将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行水热处理，得到产物。六、干燥处理：水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行干燥处理，即得到钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料。
本发明优点：一、本发明没有用强氧化剂处理碳纳米管，保留了碳纳米管的结构；二、无需通N2保护气，采用溶剂热法，降低了操作成本和操作难度。
本发明采用X射线衍射技术（XRD）分析本发明制备的钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料的物相，采用投射电子显微镜（TEM）表征本发明制备的钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料的微观结构，采用振动样品磁强计（VSM）来评价本发明制备的钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料的磁性能，可知本发明成功制备出了具有优异磁性能的钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料。
附图说明
图1是实施方式一制备的钴铁氧体碳纳米管复合磁性材料的XRD曲线图；图2是实施方式一制备的钴铁氧体碳纳米管复合材料的TEM图；图3是实施方式一制备的钴铁氧体碳纳米管复合材料的VSM曲线图。图1是本实验制备的钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料的XRD曲线图，证实制备的钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料含有钴铁氧体。通过图2可知本实验制备的钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料形成了钴铁氧体包覆碳纳米管的结构。通过图3可知本实验制备的钴铁氧体碳纳米管复合材料呈现铁磁性，其饱和磁化强度为76.674emu·g-1，矫顽力为1959.7G，具有优异的磁性能。
具体实施方式
具体实施方式一：一种钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的二甘醇溶液：将1.5mmol CoCl2·6H2O和3mmol FeCl3·6H2O加入到20ml的二甘醇中，90℃油浴搅拌至溶液；二、制备NaOH的二甘醇溶液：将12mmol NaOH加入到10ml 二甘醇中，60℃水浴搅拌至溶液。三、制备碳纳米管的二甘醇分散液：将30mg碳纳米管加入到10ml 二甘醇中，先进行超声分散，在60℃水浴搅拌10h，即得到分散均匀的碳纳米管的二甘醇分散液；四、混合搅拌处理：步骤一完成后，在90℃油浴条件下，向里面加入5ml二乙醇胺，搅拌10min，然后加入步骤二完成的NaOH的二甘醇溶液，搅拌10min，最后再加入步骤三完成的碳纳米管的二甘醇分散液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物。五、水热处理：将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行水热处理，得到产物。六、干燥处理：水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行干燥处理，即得到钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料。
本实验步骤一中所述的90℃油浴搅拌至溶液具体操作如下：在转速为500rpm下，90℃油浴搅拌30min。
本实验步骤二中所述的60℃水浴搅拌具体操作如下：在转速为500rpm下，60℃水浴搅拌10h。
本实验步骤三中所述的超声分散和60℃水浴搅拌具体操作如下：在频率为20KHz~100KHz的超声辅助下超声分散120min。在转速为500rpm下，60℃水浴搅拌10h。
本实验步骤四中所述的搅拌的具体操作如下：在转速为500rpm下搅拌。
本实验步骤五中所述的水热处理具体操作如下：在温度为260℃下水热处理8h。
本实验步骤六中所述的干燥处理具体操作如下：在室温下，真空干燥器中真空干燥100h。
具体实施方式二：本实施方式是一种钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的二甘醇溶液：将1.5mmol CoCl2·6H2O和3mmol FeCl3·6H2O加入到20ml的二甘醇中，90℃油浴搅拌至溶液；二、制备NaOH的二甘醇溶液：将12mmol NaOH加入到10ml 二甘醇中，60℃水浴搅拌至溶液。三、制备碳纳米管的二甘醇分散液：将30mg碳纳米管加入到10ml 二甘醇中，先进行超声分散，在60℃水浴搅拌10h，即得到分散均匀的碳纳米管的二甘醇分散液；四、混合搅拌处理：步骤一完成后，在90℃油浴条件下，向里面加入5ml二乙醇胺，搅拌10min，然后加入步骤二完成的NaOH的二甘醇溶液，搅拌10min，最后再加入步骤三完成的碳纳米管的二甘醇分散液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物。五、水热处理：将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行水热处理，得到产物。六、干燥处理：水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行干燥处理，即得到钴铁氧体碳纳米管复合纳米磁性材料。
本实施方式步骤三中所述的碳纳米管以C2H2为原料，通过化学气相沉积法制备而成的。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤一中所述的90℃油浴搅拌至溶液具体操作如下：在转速为500rpm下，90℃油浴搅拌30min。其他与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中所述的60℃水浴搅拌具体操作如下：在转速为500rpm下，60℃水浴搅拌10h。其他与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点是：步骤三中所述的超声分散和60℃水浴搅拌具体操作如下：在频率为20KHz~100KHz的超声辅助下超声分散120min。在转速为500rpm下，60℃水浴搅拌10h。其他与具体实施方式二至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤四中所述的搅拌的具体操作如下：在转速为500rpm下搅拌。其他与具体实施方式二至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤五中所述的水热处理具体操作如下：在温度为260℃下水热处理8h。其他与具体实施方式二至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七的不同点是：步骤六中所述的干燥处理具体操作如下：在室温下，真空干燥器中真空干燥100h。其他与具体实施方式二至七相同。
Claims (1)
1. 一种钴铁氧体碳纳米管复合材料制备方法，其特征在于钴铁氧体碳纳米管复合磁性材料由CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的二甘醇溶液、NaOH的二甘醇溶液和碳纳米管的二甘醇分散液制备而成，所述的CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的摩尔比为1:2；其制备方法是按以下步骤完成的：一、制备CoCl2·6H2O和FeCl3·6H2O的二甘醇溶液：将1.5mmol CoCl2·6H2O和3 mmol FeCl3·6H2O加入到20 ml的二甘醇中，90℃油浴搅拌至溶液；二、制备NaOH的二甘醇溶液：将12mmolNaOH加入到10ml二甘醇中，60 ℃水浴搅拌至溶液；三、制备碳纳米管的二甘醇分散液：将30 mg碳纳米管加入到10 ml二甘醇中，先进行超声分散，在60 ℃水浴搅拌10 h，即得到分散均匀的碳纳米管的二甘醇分散液；四、混合搅拌处理：步骤一完成后，在90℃油浴条件下，向里面加入5 ml 二乙醇胺，搅拌10 min，然后加入步骤二完成的NaOH的二甘醇溶液，搅拌10 min，最后再加入步骤三完成的碳纳米管的二甘醇分散液，搅拌30 min，即得均匀分散的共混物；五、水热处理：将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行水热处理，得到产物；六、干燥处理：水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行干燥处理，即得到钴铁氧体碳纳米管复合材料；其中步骤一中所述的90 ℃油浴搅拌至溶液具体操作是在转速为500 rpm下90 ℃油浴搅拌30 min；步骤二中所述的60 ℃水浴搅拌具体操作是在转速为500 rpm下60 ℃水浴搅拌10 h；步骤三中所述的超声分散和60 ℃水浴搅拌具体操作是在频率为20KHz~100KHz的超声辅助下超声分散120 min，在转速为500 rpm下60℃水浴搅拌10h；步骤四中所述的搅拌的具体操作是在转速为500rpm下搅拌；步骤五中所述的水热处理具体操作是在温度为260 ℃下水热处理6h~8h；步骤六中所述的干燥处理具体操作是在室温下真空干燥器中真空干燥100 h。
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