CN105177590B - 一种尺寸可控的铁基纳米片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，包括：将抛光过的铁材放入水中，并置于超声装置中进行超声空蚀处理，从而在铁材的表面制得铁基纳米片；其中，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离根据所需铁基纳米片的厚度在5～40mm范围内进行确定。本发明实施例不仅能够有效控制铁基纳米片成型时的厚度尺寸，而且操作简单、工艺周期短、生产效率高、生产成本低、环保无污染，易于实现大规模的工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种尺寸可控的铁基纳米片的制备方法。
背景技术
铁基纳米片是一种以纳米为尺度的片状二维结构氧化铁材料，具有良好的光电特性、热传导性和磁学性能，可用作新一代纳米光电子、电化学、电动机械的构筑单元。
目前，制备铁基纳米材料的方法很多，例如：申请号为201410388257.9的中国专利申请公布了一种制备纳米柱的方法，申请号为201310012124.7的中国专利申请公布了一种制备纳米薄带的方法；但是，现有技术中并没有能够使铁基纳米片尺寸可控的制备方法，如果能够使生成出的铁基纳米片尺寸可控，那么将会给铁基纳米片在产品微型化中的应用提供极大的便利。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，不仅能够有效控制铁基纳米片成型时的厚度尺寸，而且操作简单、工艺周期短、生产效率高、生产成本低、环保无污染，易于实现大规模的工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，将抛光过的铁材放入水中，并置于超声装置中进行超声空蚀处理，从而在铁材的表面制得铁基纳米片；其中，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离根据所需铁基纳米片的厚度在5～40mm范围内进行确定。
优选地，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：当超声装置的振头与铁材的表面之间的距离在5～10mm这一区间时，如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离增加，那么所制得的铁基纳米片的厚度也随之增加；当超声装置的振头与铁材的表面之间的距离在10～40mm这一区间时，如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离增加，那么所制得的铁基纳米片的厚度随之减少。
优选地，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为5mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为103.76～137.72nm。
优选地，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为10mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为196.54～229.54nm。
优选地，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为15mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为169.65～193.05nm。
优选地，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为30min的情况下：如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为25mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为145.38～188.33nm。
优选地，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为30mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为136.50～149.92nm。
优选地，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为40mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为113.05～132.34nm。
优选地，所述抛光过的铁材的表面粗糙度为10μm～50μm。
优选地，所述铁材为纯铁、碳钢或者铸铁材料。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法利用了超声空蚀对浸入水中的抛光后铁材进行处理，并且通过改变超声装置的振头与铁材的表面之间的距离有效控制所制得铁基纳米片的厚度，从而能够制得尺寸可控的铁基纳米片。由此可见，本发明实施例不仅能够有效控制铁基纳米片成型时的厚度尺寸，而且操作简单、工艺周期短、生产效率高、生产成本低、环保无污染，易于实现大规模的工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例1中所制备的铁基纳米片的扫描电镜照片。
图2为本发明实施例2中所制备的铁基纳米片的扫描电镜照片。
图3为本发明实施例3中所制备的铁基纳米片的扫描电镜照片。
图4为本发明实施例4中所制备的铁基纳米片的扫描电镜照片。
图5为本发明实施例5中所制备的铁基纳米片的扫描电镜照片。
图6为本发明实施例6中所制备的铁基纳米片的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法进行详细描述。
一种尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，包括：将抛光过的铁材放入水中，并置于超声装置中进行超声空蚀处理，从而在铁材的表面制得铁基纳米片。
其中，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离根据所需铁基纳米片的厚度在5～40mm范围内进行确定；具体而言，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：当超声装置的振头与铁材的表面之间的距离在5～10mm这一区间时，如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离增加，那么所制得的铁基纳米片的厚度也随之增加。当超声装置的振头与铁材的表面之间的距离在10～40mm这一区间时，如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离增加，那么所制得的铁基纳米片的厚度随之减少。在实际应用中，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：
(1)如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为5mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为103.76～137.72nm。
(2)如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为10mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为196.54～229.54nm。
(3)如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为15mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为169.65～193.05nm。
(4)如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为25mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为145.38～188.33nm。
(5)如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为30mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为136.50～149.92nm。
(6)如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为40mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为113.05～132.34nm。
具体地，该尺寸可控的铁基纳米片的制备方法可以包括如下实施方案：
(1)所述铁材可以采用纯铁、碳钢或者铸铁材料，但最好选用表面为光滑平面的铁材，这有助于在铁材的表面生成铁基纳米片。为了使铁材的表面光滑，最好对铁材表面进行抛光处理，并且抛光过的铁材的表面粗糙度最好为10μm～50μm，这可以保证生成纳米片的均匀性；如果表面粗糙度大于50μm，纳米片将在粗糙峰处集聚，生成位置不均匀；如果表面粗糙度小于10μm，那么大面积抛光加工困难、效率低，生成铁基纳米结构成本较高。
(2)所述的将抛光过的铁材放入水中，可以采用常见的自来水。
(3)在超声空蚀处理中，超声功率最好为160W，超声空蚀处理时间最好为25min，这使铁基纳米片的制备具有较短的工艺周期短和较高的生产效率。
(4)在超声空蚀处理处理完成后，以100℃～200℃进行加热干燥，再收集铁材表面的生成物，即可得到清洁、干燥的铁基纳米片；这一对铁材的干燥处理可以使得该尺寸可控的铁基纳米片的制备方法更适合进行大规模的工业化生产。
综上可见，本发明实施例在一定的超声功率和一定的超声空蚀处理时间下，通过改变超声装置的振头与铁材的表面之间的距离可以有效控制所制得铁基纳米片的厚度，从而不仅实现了有效控制铁基纳米片成型时的厚度尺寸，而且操作简单、工艺周期短、生产效率高、生产成本低、环保无污染，易于实现大规模的工业化生产。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以几个具体实施例对本发明实施例所提供的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法进行详细描述。
实施例1
将抛光过的Q235钢块放入自来水中，并放入超声装置，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为5mm，以160W的超声功率进行25min的超声空蚀处理；然后从超声装置中取出Q235钢块，干燥后，收集Q235钢块的表面生成物，即为铁基纳米片。
经检测：本实施例1所制得铁基纳米片的形貌可以如图1所示，其中，所制得铁基纳米片的最小厚度为103.76nm，所制得铁基纳米片的最大厚度为137.72nm。
实施例2
将抛光过的Q235钢块放入自来水中，并放入超声装置，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为10mm，以160W的超声功率进行25min的超声空蚀处理；然后从超声装置中取出Q235钢块，干燥后，收集Q235钢块的表面生成物，即为铁基纳米片。
经检测：本实施例2所制得铁基纳米片的形貌可以如图2所示，其中，所制得铁基纳米片的最小厚度为196.54nm，所制得铁基纳米片的最大厚度为229.54nm。
实施例3
将抛光过的Q235钢块放入自来水中，并放入超声装置，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为15mm，以160W的超声功率进行25min的超声空蚀处理；然后从超声装置中取出Q235钢块，干燥后，收集Q235钢块的表面生成物，即为铁基纳米片。
经检测：本实施例3所制得铁基纳米片的形貌可以如图3所示，其中，所制得铁基纳米片的最小厚度为169.65nm，所制得铁基纳米片的最大厚度为193.05nm。
实施例4
将抛光过的Q235钢块放入自来水中，并放入超声装置，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为25mm，以160W的超声功率进行25min的超声空蚀处理；然后从超声装置中取出Q235钢块，干燥后，收集Q235钢块的表面生成物，即为铁基纳米片。
经检测：本实施例4所制得铁基纳米片的形貌可以如图4所示，其中，所制得铁基纳米片的最小厚度为145.38nm，所制得铁基纳米片的最大厚度为188.33nm。
实施例5
将抛光过的Q235钢块放入自来水中，并放入超声装置，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为30mm，以160W的超声功率进行25min的超声空蚀处理；然后从超声装置中取出Q235钢块，干燥后，收集Q235钢块的表面生成物，即为铁基纳米片。
经检测：本实施例5所制得铁基纳米片的形貌可以如图5所示，其中，所制得铁基纳米片的最小厚度为136.50nm，所制得铁基纳米片的最大厚度为149.92nm。
实施例6
将抛光过的Q235钢块放入自来水中，并放入超声装置，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为40mm，以160W的超声功率进行25min的超声空蚀处理；然后从超声装置中取出Q235钢块，干燥后，收集Q235钢块的表面生成物，即为铁基纳米片。
经检测：本实施例6所制得铁基纳米片的形貌可以如图6所示，其中，所制得铁基纳米片的最小厚度为113.05nm，所制得铁基纳米片的最大厚度为132.34nm。
综上可见，本发明实施例不仅能够有效控制铁基纳米片成型时的厚度尺寸，而且操作简单、工艺周期短、生产效率高、生产成本低、环保无污染，易于实现大规模的工业化生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，将抛光过的铁材放入水中，并置于超声装置中进行超声空蚀处理，从而在铁材的表面制得铁基纳米片；
其中，超声装置的振头与铁材的表面之间的距离根据所需铁基纳米片的厚度在5～40mm范围内进行确定；
在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：
当超声装置的振头与铁材的表面之间的距离在5～10mm这一区间时，如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离增加，那么所制得的铁基纳米片的厚度也随之增加；
当超声装置的振头与铁材的表面之间的距离在10～40mm这一区间时，如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离增加，那么所制得的铁基纳米片的厚度随之减少。
2.根据权利要求1所述的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：
如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为5mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为103.76～137.72nm。
3.根据权利要求1所述的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：
如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为10mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为196.54～229.54nm。
4.根据权利要求1所述的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：
如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为15mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为169.65～193.05nm。
5.根据权利要求1所述的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：
如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为25mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为145.38～188.33nm。
6.根据权利要求1所述的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：
如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为30mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为136.50～149.92nm。
7.根据权利要求1所述的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，在超声装置的超声功率为160W，并且超声空蚀处理的时间为25min的情况下：
如果超声装置的振头与铁材的表面之间的距离为40mm，那么所制得的铁基纳米片的厚度为113.05～132.34nm。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，所述抛光过的铁材的表面粗糙度为10μm～50μm。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的尺寸可控的铁基纳米片的制备方法，其特征在于，所述铁材为纯铁、碳钢或者铸铁材料。
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