CN110073448A - 铁基纳米颗粒和晶粒 - Google Patents

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Abstract

示例性的纳米颗粒可以包括铁基核和壳。所述壳可以包括非磁性的，抗铁磁性的，或亚铁磁性的材料。示例性合金组合物可以包括铁基晶粒和晶界。所述晶界可以包括非磁性的，抗铁磁性的，或亚铁磁性的材料。用于形成铁基核‑壳纳米颗粒的示例性技术可以包括在铁基核上沉积壳。所述沉积可以包括将所述铁基核浸入盐组合物中长达一段预定的时间。所述沉积可以包括用盐组合物研磨所述铁基核长达一段预定的时间。用于处理包含核‑壳纳米颗粒的组合物的示例性技术可以包括氮化所述组合物。

Description

铁基纳米颗粒和晶粒
技术领域
本公开涉及铁基纳米颗粒(iron-based nanoparticle)和晶粒(grain)以及用于形成铁基纳米颗粒和晶粒的技术。
背景技术
永磁体在许多机电系统(electromechanical system)，包括，例如，替代能量系统(alternative energy system)中发挥作用。例如，永磁体用于传感器，致动器，电动机或发电机中，其可以用于车辆，风力涡轮机和其他替代能量机构(alternative energymechanism)中。目前使用的许多永磁体包括稀土元素，如钕，其会导致产生高能量产物。这些稀土元素供应相对短缺，未来可能面临价格上涨和/或供应短缺。另外，一些包含稀土元素的永磁体制造昂贵。例如，NdFeB和铁氧体(ferrite)磁体的制造通常包括破碎材料，压制所述材料，和在超过1000℃的温度下烧结，所有这些都造成所述磁体的高制造成本。此外，稀土开采可能导致严重的环境恶化。
基于所述Fe16N2/Fe8N相的铁氮化物磁体作为应用范围从数据存储到车辆、风力涡轮机和其他发电设备的电动机的磁性材料受到关注。与成本高并且存在提供可获得性风险的稀土元素基磁体中的稀土元素相比，所述组分基础元素(Fe，N)便宜且广泛可获得。所述Fe16N2相是Fe8N的有序形式，具有大的磁各向异性(anisotropy)常数和饱和磁化强度(saturation magnetization)，但难以制造。
发明内容
本公开描述了示例性纳米颗粒。在一些实施例中，所述纳米颗粒可以包括铁基核和壳。所述壳可以包括非磁性材料，抗铁磁性材料或铁磁性材料。
本公开还描述了示例性合金组合物。在一些实施例中，所述合金组合物可以包括铁基晶粒和晶界(grain boundary)。所述晶界可以包括非磁性材料，抗铁磁性材料或铁磁性材料。
本公开描述了用于形成铁基核-壳纳米颗粒的示例性技术。在一些实施例中，可以通过包括通过至少将铁基核浸入盐组合物中长达一段预定的时间而将壳沉积于所述铁基核上的技术形成所述核-壳纳米颗粒。所述壳可以包括非磁性材料，抗铁磁性材料或铁磁性材料。
在一些实施例中，可以通过包括通过至少使用盐组合物研磨铁基核长达一段预定的时间而将壳沉积于所述铁基核上的技术形成所述核-壳纳米颗粒。所述壳可以包括非磁性材料，抗铁磁性材料或铁磁性材料。
本公开描述了用于处理包含核-壳纳米颗粒的组合物的示例性技术。所述核-壳纳米颗粒包括铁基核和包括非磁性材料、抗铁磁性材料或亚铁磁性材料的壳。所述示例性技术包括氮化(nitriding)所述组合物。在一些实施例中，所述氮化可以包括在富氮环境中高压处理(autoclaving)所述组合物或用氮源研磨所述组合物。
本公开描述了用于制备核-壳纳米颗粒的示例性技术。所述技术包括氮化包含铁基核的组合物从而在所述铁基核上形成包含铁氮化物的壳。
本公开描述了用于处理包含铁基材料的组合物的示例性技术。所述技术包括通过在包括氮源的环境中在预定温度下将所述组合物暴露于预定压力长达一段预定的时间来氮化所述组合物。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施例的细节。其他特征、目的和优点根据所述描述和附图以及所述权利要求将是显而易见的。
附图说明
图1A是图示说明示例性核-壳纳米颗粒的概念性和示意性图。
图1B是图示说明示例性椭球形核-壳纳米颗粒的概念性和示意性图。
图2A是图示说明α-Fe的晶体学晶胞的概念性和示意性图。
图2B是图示说明α″-Fe16N2的晶体学晶胞的概念性和示意性图。
图3是图示说明包括示例性合金组合物的晶粒和晶界的微结构的概念性和示意性图。
图4是图示说明通过用盐组合物处理核纳米颗粒形成核-壳纳米颗粒的示例性浸渍系统的概念性和示意性图。
图5是图示说明通过用盐组合物处理核纳米颗粒形成核-壳纳米颗粒的示例性技术的流程图。
图6是图示说明通过研磨形成核-壳纳米颗粒的示例性研磨系统的概念性和示意性图。
图7是图示说明通过研磨形成核-壳纳米颗粒的示例性技术的流程图。
图8是图示说明用于处理包含铁基材料的组合物的示例性技术的流程图。
图9是图示说明对于包括Fe16N2核和MnN壳的示例性纳米颗粒在室温下磁化相对于施加的磁场的磁滞回线(hysteresis loop)的图。
图10是图示说明通过氮化Fe纳米颗粒形成的包含Fe核和Fe16N2壳的示例性纳米颗粒的x射线衍射数据的图。
图11是图示说明对于图10的所述示例性纳米颗粒在室温下磁化相对于所施加的磁场的磁滞回线的图。
图12是图示说明通过氮化Fe纳米颗粒形成的包含Fe核和Fe16N2壳的示例性纳米颗粒的x射线衍射数据的图。
图13是图示说明对于图12的示例性纳米颗粒在室温下磁化相对于所施加的磁场的磁滞回线的图。
图14是图示说明对于包括FeCo核和MnN壳的示例性纳米颗粒，场致退火(fieldannealing)对室温下磁化相对于所施加的磁场的磁滞回线的影响的图。
图15是图示说明对于包含Fe核的示例性纳米颗粒在室温和低温下磁化相对于所施加的磁场的磁滞回线的图。
图16是图示说明对于包括Fe核和MnN壳的示例性纳米颗粒在室温和低温下磁化相对于所施加的磁场的磁滞回线的图。
具体实施方式
本公开描述了包括铁基核(例如，包含单质铁(elemental iron)，铁和氮合金或化合物，铁和钴合金或化合物等)和包括非磁性材料、抗铁磁性材料(anti-ferromagneticmaterial)或亚铁磁性材料(ferrimagnetic material)的壳的核-壳纳米颗粒，以及制备核-壳纳米颗粒的技术。
铁磁性材料(ferromagnetic material)包括其中在没有施加的或外部的磁场的情况下，磁畴(magnetic domain)可对准成持续存在的基本上单向对齐的材料。抗铁磁性材料(anti-ferromagnetic material)包括包含基本上等量的反平行的畴，将净磁矩(magnetic moment)减消至零的材料。亚铁磁性材料包括包含反平行畴但仍保留净磁矩的材料，因为一个亚组(subset)的磁畴具有比其余磁畴更大的磁矩。非磁性或非铁磁性材料包括无论在存在或不存在施加的磁场的情况下都不能被磁化的材料。
根据本公开的示例性核-壳纳米颗粒可以用于制备块状(bulk)磁性材料，如块状永磁体。例如，本文所述的核-壳纳米颗粒可以用于，例如，粘合磁铁，压制磁铁，包括或不包括粘合剂材料的其他块状磁铁等。不受理论束缚，矫顽力(coercivity)是磁性材料的外在性质，并且与所述微结构有关。因此，所述微结构，例如，颗粒尺寸，相和晶界(grainboundary)，可能会影响材料的矫顽力。例如，纳米颗粒核上的壳可以通过降低所述纳米颗粒的填充密度或通过增加包含所述核-壳纳米颗粒的材料中的所述晶粒分离或晶界厚度来提高包括纳米颗粒的组合物的矫顽力。
不受理论束缚，三种类型的各向异性可以造成磁各向异性能量或磁各向异性场。这三种各向异性包括应变各向异性，磁晶各向异性和形状各向异性。应变各向异性可能与施加于铁基磁性材料，例如，包括诸如α″-Fe16N2相的铁氮化物相的材料上的应变有关。由于在热处理期间铁或其它类型的铁氮化物的颗粒和晶粒的差异性尺寸变化，不同相、晶体之间，核和壳之间或晶粒与晶界之间的热膨胀系数的差异可能会引入应变。例如，核和壳相应的热膨胀系数之间的差异可能导致应变(应力诱导)各向异性。在一些实施例中，应变各向异性可以促进磁相，例如，铁氮化物相形成。在一些实施例中，壳可以包括氮化硅(Si3N4)，氮化铝(AlN)或氧化锌(ZnO)中的一种或多种，从而促进应变各向异性。
在一些实施例中，可以诱导其他形式的各向异性从而增加矫顽力。例如，使用抗铁磁性壳可以诱导交换各向异性，这是一种磁各向异性形式，其可以增加矫顽力。在一些实施例中，所述核和所述壳的相应磁化之间的差异本身就可以增加矫顽力。例如，当所述核是铁磁性的时，所述壳可以包括非铁磁性材料，铁磁性材料或抗铁磁性材料，这种差异就可以导致交换各向异性。
在一些实施例中，磁晶各向异性可以由晶体内相畴的所述晶体结构产生。例如，磁晶各向异性可能与在铁氮化物晶体中体心立方铁晶格扭曲成体心四方铁氮化物晶格有关。铁氮化物具有相对高的饱和磁化强度(saturation magnetization)和相对高的能量积(energy product)，例如，高达130MGOe。
形状各向异性可以与所述纳米颗粒的形状有关。例如，纳米颗粒可以限定最长尺寸和最短尺寸，并且这些尺寸的差异可以最终造成磁各向异性。应变、磁性、交换和形状各向异性中的一种或多种可以用于提高根据本发明的所述纳米颗粒的磁特性，如矫顽力。
本公开描述了用于制备核-壳纳米颗粒的所述示例性技术。一种示例性技术包括在铁基核上沉积壳。例如，沉积所述壳可以包括将所述铁基核浸入盐组合物中长达一段预定的时间。所述壳可以从所述盐组合物沉积于所述铁基核上。在一些实施例中，沉积所述壳可以包括用盐组合物研磨所述铁基核长达一段预定的时间。所述壳可以从所述盐组合物沉积于所述铁基核上。在一些实施例中，所述示例性技术可以包括在所述壳沉积于所述核上之前或之后氮化所述纳米颗粒。例如，在富氮环境中，在预定的温度下通过以预定压力对所述纳米颗粒进行高压处理长达一段预定的时间，可以氮化所述纳米颗粒。在一些实施例中，所述预定压力可以相对较高，如大于约100个大气压，这可以增加氮扩散到所述纳米颗粒中的速率并减少用于氮化所述纳米颗粒的时间。
虽然氮化可以用于处理核-壳纳米颗粒，但本公开描述了其中氮化可以用于制备核-壳纳米颗粒的示例性技术。例如，用于制备核-壳纳米颗粒的示例性技术可以包括氮化包含铁基核的组合物从而在所述铁基核上形成包含铁氮化物的壳。
本文描述的所述核-壳纳米颗粒、合金组合物和技术可以用于形成块状磁性材料，如块状永磁体。例如，本文描述的用于形成包含包括铁氮化物的核-壳纳米颗粒的材料的技术可以用于形成2012年8月17日提交的标题为“RON NITRIDE PERMANENT MAGNET ANDTECHNIQUE FOR FORMING IRON NITRIDE PERMANENT MAGNET”的国际专利申请号PCT/US2012/051382；和2014年2月6日提交的标题为“IRON NITRIDE PERMANENT MAGNET ANDTECHNIQUE FOR FORMING IRON NITRIDE PERMANENT MAGNET”的国际专利申请号PCT/US2014/015104；和2014年2月4日提交的题为“IRON NITRIDE MATERIALS AND MAGNETSINCLUDING IRON NITRIDE MATERIALS”的美国临时专利申请No.61/935,516中描述的铁氮化物块状永磁体的方法中，这些专利和专利申请的全部内容结合于本文中作为参考。
根据本发明的示例性技术和核-壳纳米颗粒可以用于最终制备具有相对增强的磁性能如相对高的矫顽力的块状永磁体。例如，由根据本公开的示例性核-壳纳米颗粒制备的永磁体可以表现出与稀土磁体相当或更好的磁性能，而不包括任何稀土元素。
图1A是图示说明示例性核-壳纳米颗粒的概念性和示意性图。示例性纳米颗粒10a包括铁基核12a和壳14a。在一些实施例中，铁基核12a可以是铁磁的，并具有高饱和磁化强度。壳14a可以基本上涂覆或包被铁基核12a。壳14a可以包含非磁性材料、抗铁磁性材料或铁磁性材料。在其他实例中，壳14a可以包括铁磁性材料。不希望受理论束缚，铁基核12a和壳14a的磁化和热膨胀系数中之一或两者之间的差异，以及组合物的填充密度的降低，会包括纳米颗粒10a，因为壳14a的存在将铁基核12a与邻近核间隔开，相比于包括纳米颗粒而无壳14a的材料，可以最终促进包括纳米颗粒10a的材料相对增加的矫顽力。
在一些实施例中，铁基核12a可以包括单质铁，铁氮化物，α″-Fe16N2或α'-Fe(Co)(N)中的一种或多种。在一些实施例中，所述单质铁可以包括α-Fe相。所述铁氮化物可以包括任何铁氮化物，包括Fe2N，Fe3N，其中x是大于0且小于1的数的FexN1-x，Fe4N，Fe7N3，Fe8N和Fe16N2中的一种或多种。所述α'-Fe(Co)(N)可以包括包含Co和N的α'-Fe相。在一些实施例中，核12a可以具有约20nm～约100nm的主尺寸(major dimension)。尽管纳米颗粒10a在图1A中图示说明成球形颗粒，但在其他实例中，纳米颗粒10a可以具有任何合适的形状。例如，纳米颗粒10a可以具有球形，椭球形，立方形，多边形或任何其它合适的形状。图1B是图示说明椭球形核-壳纳米颗粒10b的概念性和示意性图。纳米颗粒10b包括可以具有与参考图1A的铁基核12a描述的组成基本相似的组成的铁基核12b和壳14b。在一些实施例中，铁基核12b可以是椭圆体(例如，三维或板状)。在一些实施例中，铁基核12b可以是纵向直径与横向直径之比至少约2的椭球形。例如，所述纵向直径与所述横向直径的比率可以为至少约3，或约5，或约10。在一些实施例中，所述纵向直径与所述横向直径的比率可以为约2，或约5。在一些实施例中，纳米颗粒可以，例如，由于所述椭球形状，表现出形状各向异性。在一些实施例中，所述形状各向异性可以有助于增加磁各向异性。
在一些实施例中，壳14a或14b可以包括一种或多种非磁性材料，如氧化硅，氧化铝，氮化硅，氮化铝，氧化锌或抗铁磁性材料，如氮化锰，或铁磁性材料，如氧化铁，或铁磁性材料，如Fe4N和Fe16N2。在一些实施例中，壳14a可以具有约1nm～约10nm的厚度。例如，壳14a可以具有约1nm，或约5nm，或约10nm的厚度。
在一些实施例中，铁基核12a或12b可以包括Fe16N2。在一些实施例中，铁基核12a或12b可以包括α″-Fe16N2相。在整个本公开中，例如，所述术语Fe16N2，α″-Fe16N2，α″-Fe16N2相和α″-Fe16N2相畴可以互换地用于表示材料中的α″-Fe16N2相畴。所述α″-Fe16N2相可以表现出固有的磁晶各向异性，正如参考图2A和图2B的讨论。
图2A是图示说明α-Fe的单位晶体学晶胞的概念性和示意性图。图2A说明了包括各向同性排列的铁原子16的晶胞。图2B是图示说明α″-Fe16N2的单位晶体学晶胞的概念性和示意性图。图2B显示了处于应变状态的八(8)个铁单位晶胞，其中在铁原子16之间的间隙空间中具有氮原子18从而形成Fe16N2铁氮化物晶胞。正如图2B所示，在所述α″-Fe16N2相中，氮原子18沿所述(002)(铁)晶面排列。所述铁氮化物晶胞被扭曲从而使沿所述<001>轴的晶胞长度为约6.28埃而沿所述<010>轴和<100>轴的晶胞长度为约所述α″-Fe16N2晶胞在处于应变状态时可以称为体心四方晶胞。当α″-Fe16N2晶胞处于应变状态时，所述<001>轴可以称为所述晶胞的c轴。所述c轴可以是所述α″-Fe16N2晶胞的易磁化轴。换句话而言。α″-Fe16N2晶体表现出磁各向异性。在一些实施例中，核-壳纳米颗粒10a或10b可以具有至少一个Fe16N2铁氮化物晶体。在一些实施例中，这种各向异性颗粒可以包括多个铁氮化物晶体，其中至少一些(或全部)是Fe6N2晶体。
所述α″-Fe16N2相具有高饱和磁化强度和磁各向异性常数。所述高饱和磁化强度和磁各向异性常数会导致磁能积可能高于稀土磁体。例如，由薄膜α″-Fe16N2永磁体收集的实验证据表明，块状Fe16N2永磁体可以具有理想的磁性能，包括高达约130兆高斯*奥斯特(MGOe)的能量积，这约为NdFeB能量积(其具有能量积约60MGOe)的两倍。另外，铁和氮是丰富的元素，因此相对便宜且易于获得。
在一些实施例中，纳米颗粒10a或10b可以具有相对高的矫顽力。例如，纳米颗粒10a或10b可以具有至少约600Oe的矫顽力。在一些实施例中，纳米颗粒10a或10b可以具有至少约1000Oe的矫顽力。例如，纳米颗粒10a或10b可以具有约1000Oe的矫顽力。
在一些实施例中，纳米颗粒10a或10b可以包括FeN，Fe2N(例如，ξ-Fe2N)，Fe3N(例如，ε-Fe3N)，Fe4N(例如，γ'-Fe4N)，Fe2N6，Fe8N，Fe16N2(例如，α″-Fe16N2)，或FeNx(其中x为约0.05～约0.5)中的至少之一。此外，在一些实施例中，所述纳米颗粒10a或10b可以包括其他材料，如单质铁，钴，镍，掺杂剂等。在一些实施例中，所述钴，镍，掺杂剂等可以在所述研磨过程之后使用一种或多种合适的技术至少部分地去除。所述纳米颗粒内的掺杂剂可以包括，例如，铝(Al)，锰(Mn)，镧(La)，铬(Cr)，钴(Co)，钛(Ti)，镍(Ni)，锌(Zn)，稀土金属，硼(B)，碳(C)，磷(P)，硅(Si)或氧(O)中的至少之一。
组合物，例如，包括示例性纳米颗粒10a或10b的混合物，可以进行压实并成形或以其他方式进一步加工从而形成块状磁性材料，如永磁体。例如，示例性合金组合物可以包括纳米颗粒10a或10b。图3是举例说明包括铁基晶粒24之间的晶界22的示例性合金组合物20的微结构的概念性和示意性图。在一些实施例中，铁基晶粒24包括与参考图1A和图1B描述的铁基核12a或12b的材料基本相似的材料。在一些实施例中，晶界22包括与参照图1A和图1B描述的壳14a和14B的材料基本相似的材料。在一些实施例中，示例性合金组合物20可以通过压实纳米颗粒10a或10b中的之一或两者进行制备。在其他实施例中，合金组合物20可以通过用于工程化晶粒和晶界的组成或相组成，或合金组合物20的微观结构的任何合适的技术，包括，例如，浇铸，退火和氮化进行制备。在一些实施例中，合金组合物20可以进一步加工，例如，通过模塑成型、压实、压制或退火中的一种或多种，从而制成块状磁性材料，如永磁体。因此，根据本公开的示例性核-壳纳米颗粒和示例性合金组合物可以用于制备块状磁性材料，如永磁体。
参考图4～图8描述的所述示例性系统和技术可以用于制备根据本公开的示例性核-壳纳米颗粒。图4是图示说明通过用盐组合物34处理核纳米颗粒形成核-壳纳米颗粒的示例性系统30的概念性和示意性图。系统30可以包括容器31。容器31可以是任何合适的刚性，半刚性的，或柔性的尺寸适于容纳样品保持器32和盐组合物34的容器。样品保持器32保持包含铁基核12a或12b的组合物。例如，铁基核12a或12b包括铁、铁氮化物、α″-Fe16N2或α'-Fe(Co)(N)中的一种或多种。在一些实施例中，盐组合物34包括二氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化锰、氧化锌、氧化铁、锰铁、Fe4N或Fe16N2中至少之一的一种或多种前体。例如，盐组合物34可以包括液体、溶液、聚合物或凝胶中的一种或多种。当核12a或12b浸入盐组合物34中长达一段预定的时间时，所述盐组合物34将壳14a或14b沉积于核12a或12b上。在一些实施例中，代替容器31，系统30可以将样品保持器32喷雾、涂覆或以其他方式浸没于盐组合物34的静态批料(static batch)或移动流中。
图5是图示说明通过用盐组合物34处理铁基核12a或12b形成核-壳纳米颗粒的示例性技术的流程图。参考图4的系统30描述图5的所述示例性技术。然而，图5的所述示例性技术包括可以使用任何合适的系统进行实施。
在一些实施例中，图5的所述示例性技术可以可选地包括还原铁前体从而形成铁基核12a或12b(40)。在一些实施例中，所述铁前体可以包括，例如，铁(Fe)、FeCl3、Fe2O3或Fe3O4中的至少之一。在一些实施例中，所述铁前体可以包括包含Fe，FeCl3或铁(例如，Fe2O3或Fe3O4)或其组合的块状或粉末样品。在一些实施例中，所述前体可以包括包含颗粒的粉末。
还原所述前体可以包括降低或除去所述前体中的氧含量。例如，氧还原过程可以通过将所述前体暴露于氢气而进行实施。所述氢可以与所述前体中存在的任何氧反应，从而除去氧。在一些实施例中，这种还原步骤可以在包括铁的所述前体内形成基本上纯的铁(例如，具有小于约10原子(at.)％掺杂剂的铁)。另外地或可替代地，还原所述前体可以包括使用酸清洁技术。例如，浓度约5vol％～约50vol％的稀盐酸可以用于从所述前体中洗涤氧从而形成铁基核12a或12b。
在一些实施例中，图5的示例性技术可以可选地包括将铁基核12a或12b氮化(42)。氮化铁基核12a或12b(42)可以在铁基核12a或12b中形成铁氮化物相，并可以以多种方式中的任何一种进行氮化。通常而言，来自氮源的氮与铁结合从而形成铁氮化物。这种氮源可以与本公开其他地方描述的氮源相同或相似，如氨、硝酸铵、含酰胺材料或含肼材料中的至少之一。
在一些实施例中，氮化铁基核12a或12b(42)可以包括将铁基核12a或12b加热至所选定的温度长达足够的时间从而允许氮基本上在整个含铁体积中扩散至预定浓度。按照这种方式，所述加热时间和温度是相关的，并还可能受到包括铁的所述体积的组成和/或几何结构的影响。例如，所述加热可以包括加热至约125～约600℃的温度长达约2小时～约9小时。
除了加热所述含铁各向异性颗粒之外，氮化所述含铁各向异性颗粒可以包括暴露于原子氮物质，所述原子氮物质扩散到所述含铁体积中。在一些实施例中，所述原子氮物质可以作为双原子氮(N2)提供，然后将其分离(裂解)成单独的氮原子。在其他实例中，所述原子氮可以由另一种原子氮前体，如氨(NH3)提供。在其他实例中，所述原子氮可以由脲(CO(NH2)2)提供。所述氮可以仅在气相(例如，基本上纯的氨或双原子氮气)中或作为与载气的混合物提供。在一些实施例中，所述载气是氩(Ar)。
在一些实施例中，氮化所述含铁各向异性颗粒可以包括脲扩散过程，其中脲用作氮源(例如，而不是双原子氮或氨)。脲(也称为碳酰胺(carbamide))是具有所述化学式CO(NH2)2的有机化合物。脲可以，例如，在封闭所述含铁各向异性颗粒的炉内加热，从而产生分解的氮原子，所述氮原子可以扩散到所述含铁体积中。在一些实施例中，所获得的氮化的铁材料的构成可以在一定程度上通过所述扩散过程的温度以及所述含铁工件与用于所述过程的脲的比率(例如，重量比)进行控制。关于这些氮化过程(包括脲扩散)的进一步细节可以查阅2012年8月17日提交的国际专利申请No.PCT/US12/51382，其全部内容结合于本文中作为参考。
在一些实施例中，氮化铁基核12a或12b(42)包括在预定温度下在预定压力下在富氮环境中高压处理铁基核12a或12b长达一段预定的时间，例如，使用本公开中其他地方描述的示例性高压釜氮化技术。在一些实施例中，所述预定压力可以大于约100个大气压，或至少约100个大气压。不希望受理论束缚，氮物质的扩散随压力增加而增加。提高所述压力，氮扩散增加。使用至少约100个大气压的压力可以将所述扩散速率提高至少约10倍。提高所述扩散速率可以促进所述氮化结果，例如，用于提高铁氮化物形成的速率。
图5的示例性技术还包括在铁基核12a或12b上沉积壳14a或14b从而形成核壳纳米颗粒10a或10b(44)。在铁基核12a或12b上沉积壳14a或14b(44)可以包括将包含铁基核12a或12b的样品保持器32浸入盐组合物34中长达一段预定的时间。
在一些实施例中，图5的所述技术可以另外包括，在将壳14a或14b沉积于铁基核12a或12b(44)上之后，从盐组合物34中分离出纳米颗粒10a或10b(48)。所述分离可以包括筛分或过滤，例如，通过筛子或筛网。在所述分离之后可以洗涤纳米颗粒10a或10b，从而去除纳米颗粒10a或10b上的任何粘附或其他方式残留的盐组合物34。
在一些实施例中，图5的所述示例性技术可以可选地包括，在将壳14a或14b沉积于铁基核12a或12b(44)上之后，干燥所述核-壳纳米颗粒10a或10b(50)。例如，所述干燥可以包括烘箱干燥，对流干燥或流化干燥。
图5的所述示例性技术还可以可选地包括，在将壳14a或14b沉积于铁基核12a或12b(44)上之后，氮化所述核-壳纳米颗粒10a或10b(52)。例如，所述氮化(52)可以与氮化所述铁基核12a或12b(42)类似或基本相同地进行。所述氮化可以帮助将铁氮化物相引入纳米颗粒10a或10b内，例如，核12a或12b，或壳14a或14b中之一或两者内。在一些实施例中，图5的所述技术仅包括步骤(42)和(52)中之一。在其他实施例中，图5的所述技术包括步骤(42)和(52)两者。在其他实施例中，正如当核-壳纳米颗粒10a或10b不包括铁氮化物时，图5的所述技术可以省略步骤(42)和(52)两者。
图5的所述示例性技术可以进一步可选地包括，在将壳14a或14b沉积于铁基核12a或12b(44)上之后，退火纳米颗粒10a或10b(54)。例如，所述退火可以包括在预定温度下将纳米颗粒10a或10b暴露于具有预定强度的磁场长达一段预定的时间。例如，所述退火可以包括将所述颗粒加热至约100～约250℃，如约120～约220℃，例如，约180～220℃的温度。所述退火过程可以持续一段预定的时间从而足以允许所述氮原子扩散到所述铁晶格中的所述合适间隙空间。这种扩散可以促进铁氮化物相的形成，并且可以促进无序铁氮化物相如Fe8N转化为有序的铁氮化物相如Fe16N2。然而，在高于约250℃的温度下加热可以降低有序的铁氮化物相的形成，或可以降解先前形成的有序铁氮化物相如Fe16N2。在一些实施例中，所述退火过程持续长达约20小时～约200小时，如约40小时～约60小时。在一些实施例中，所述退火过程可以在惰性气氛如Ar下进行，以减少或基本上防止铁的氧化。此外，在一些实施方式中，所述温度保持基本恒定。所述退火可以导致产生包括至少一个α″-Fe16N2相畴的磁性材料。
在一些实施例中，所述退火可以包括在所述退火过程期间将纳米颗粒10a或10b暴露于外部磁场。在施加的磁场存在下退火铁氮化物材料可以增强所述铁氮化物材料中的所述Fe16N2相畴形成。α″-Fe16N2相畴的增加的体积分数可以改进包括铁氮化物的核-壳纳米颗粒的磁性能。改进的磁性能可以包括，例如，矫顽力，磁化和磁取向。
在一些实施例中，退火期间的所施加的磁场可以为至少0.2特斯拉(T)。进行所述磁场退火的所述温度可以至少部分地取决于对所述铁氮化物基础组合物的进一步元素添加和用于最初合成所述铁氮化物基础组合物的方法。在一些实施例中，所述磁场可以为至少约0.2T，至少约2T，至少约2.5T，至少约6T，至少约7T，至少约8T，至少约9T，至少约10T，或更高。在一些实施例中，所述磁场为约5T～约10T。在其他实施例中，所述磁场为约8T～约10T。关于退火所述包括铁和氮的材料的进一步细节可以查阅2014年6月30日提交的美国临时专利申请No.62/019,046，其全部内容结合于本文中作为参考。
因此，图4的所述示例性系统和图5的所述示例性技术可以用于形成根据本公开的核-壳纳米颗粒。形成核-壳纳米颗粒的其它示例性系统和技术参考图6～图9进行描述。
图6是图示说明通过研磨形成示例性核-壳纳米颗粒的示例性研磨系统60的概念性和示意性图。研磨系统10可以以辊动模式运行，其中研磨系统60的箱(bin)62围绕箱62的水平轴线旋转，如箭头69所示。当箱62旋转时，研磨介质65(如研磨球，研磨棒等)在箱62中移动，并随时间压碎或磨蚀含铁材料64。在一些实施例中，含铁材料64可以包括铁基核12a或12b。除了含铁材料64和研磨介质65之外，箱12还包括盐组合物66。在一些实施例中，盐组合物66可以包括氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化锰、氧化锌、氧化铁、锰铁、Fe4N、Fe8N或Fe16N2中至少之一的一种或多种前体。盐组合物66将相应的壳14a或14b沉积于铁基核12a或12b上。例如，盐组合物66可以包括固体、浆液、膏剂、悬浮液、液体、溶液、聚合物或凝胶中的一种或多种。
在所述研磨期间，研磨介质65可以对含铁材料64和盐组合物66施加压力，这可能导致材料从盐组合物66冷焊至含铁材料64上。例如，在含铁材料64包括铁基核12a或12b的实施例中，所述研磨可以导致材料从盐组合物66冷焊至铁基核12a或12b上，从而形成冷焊壳14a或14b。因此，所述冷焊可以使壳14a或14b沉积于核12a或12b上，而无需加热，或不需要壳材料的熔融相。
在一些实施例中，研磨系统60可以包括另外的组件。例如，研磨系统60可以包括氮源，用于在将壳14a或14b沉积于铁基核12a或12b上之前、期间或之后氮化含铁材料64。在一些实施例中，所述氮源可以包括氨、硝酸铵、含酰胺材料或含肼材料中的至少之一。在一些实施例中，所述含酰胺材料可以包括液体酰胺，含酰胺、脲(carbamide)、甲酰胺、苯甲酰胺或乙酰胺的溶液中的至少之一。所述含肼材料可以包括肼或含肼溶液中的至少之一。在一些实施例中，盐组合物66可以包括所述氮源。在一些实施例中，氮化组合物可以包括氮源。在一些实施例中，所述氮源可以包含于研磨系统60中的分配器中。
在一些实施例中，含铁材料64可以包括铁前体而不是铁基核12a或12b。例如，所述铁前体可以包括铁(Fe)，FeCl3，Fe2O3或Fe3O4中的至少之一。如本公开中其他地方所述，箱62可以包含还原环境，并可以在还原环境中研磨所述铁前体从而形成铁基核12a或12b。在一些实施例中，研磨系统60可以用所述氮源研磨所述铁前体从而在形成铁基核12a或12b时氮化所述铁前体。
在图6中所图示说明的所述实施例中，研磨介质65可以包括足够硬的材料，以使其在以足够的力接触含铁材料64时将磨蚀含铁原料64并使含铁材料64的颗粒平均具有更小的尺寸，例如更小颗粒68。在一些实施例中，研磨介质65可以由钢、不锈钢等形成。在一些实施例中，形成研磨介质65的所述材料可以不与含铁材料64和/或氮源发生化学反应。在一些实施例中，研磨介质65，如研磨球，可以具有约5毫米(mm)～约20mm的平均直径。
为了促进含铁材料64的研磨，在一些实施例中，研磨介质65的总质量与含铁材料64的总质量的质量比可以为约1:1～约50:1，例如，约20:1。
在一些实施例中，研磨系统60可以用于实施图7的所述示例性技术。虽然图7的所述示例性技术参考研磨系统60的组件进行描述，但图7的所述示例性技术可以采用其他研磨系统进行实施。图7是图示说明通过研磨形成核-壳纳米颗粒10a或10b的示例性技术的流程图。
在一些实施例中，图7的技术可以可选地包括还原铁前体从而形成铁基核12a或12b(70)。在一些实施例中，所述还原(70)可以类似于参照图5的所述示例性技术描述的所述还原(40)进行实施。在一些实施例中，所述还原可以通过研磨系统60进行实施。例如，箱62可以在还原环境中研磨铁前体，正如本公开中其他地方所述。
在一些实施例中，图7的所述示例性技术可以可选地包括氮化铁基核12a或12b(72)。在一些实施例中，所述氮化(72)可以类似于参考图5的所述示例性技术描述的所述氮化(42)进行实施。在一些实施例中，所述氮化(72)可以使用研磨系统60进行实施。
例如，所述氮化(72)可以包括采用氮源研磨铁基核12a或12b长达一段预定的时间。在一些实施例中，盐组合物66可以包括所述氮源。在一些实施例中，箱62中的氮化组合物可以包括所述氮源。例如，所述氮源可以类似于本公开中其他地方描述的氮源。
图7的所述技术包括通过用盐组合物66研磨铁基核12a或12b长达一段预定的时间(74)从而在所述铁基核12a或12b上沉积壳14a或14b。例如，研磨系统60的箱62可以以足以引起箱62中的所述组分(例如，研磨介质65，含铁材料64，和所述盐组合物66)混合并使研磨介质65研磨含铁材料64和盐组合物66的速率旋转，以使壳从盐组合物66沉积到含铁材料64中的铁基核12a或12b上。在一些实施例中，箱62可以以约500转/分钟(rpm)～约2000转/分钟，如约600转/分钟～约650转/分钟，约600转/分钟，或约650转/分钟的旋转速度旋转。
在一些实施例中，所述沉积(74)最初可以包括用盐组合物66或所述氮化组合物中之一研磨铁基材料64，并可以随后包括用另一种盐组合物66或所述氮化组合物研磨铁基材料64。在一些实施例中，所述氮化组合物可以引入至盐组合物66中，或随着所述沉积(74)进行，箱62可以逐渐暴露于所述氮源。最后，纳米颗粒10a或10b可以通过壳14a或14b分别沉积于核12a或12b而形成。
在一些实施例中，图7的所述示例性技术可以包括，在所述沉积(74)之后，将纳米颗粒10a或10b从盐组合物66中分离出来(78)。所述分离78可以类似于参考图5的所述示例性技术描述的分离(48)进行实施。
在一些实施例中，图7的所述示例性技术可以包括，在所述沉积74之后，干燥所述核-壳纳米颗粒10a或10b(80)。所述干燥(80)可以类似于参考图5的所述示例性技术描述的所述干燥(50)进行实施。
在一些实施例中，图7的所述示例性技术可以包括，在所述沉积(74)之后，氮化所述核-壳纳米颗粒10a或10b(82)。所述氮化(82)可以类似于参考图5的示例性技术描述的所述氮化(52)进行实施。
在一些实施例中，图7的所述示例性技术可以包括，在所述沉积(74)之后，退火纳米颗粒10a或10b(84)。所述退火(84)可以类似于参考图5的所述示例性技术描述的所述退火(54)进行实施。
因此，图6的所述示例性系统或图7的所述示例性技术可以用于形成根据本公开的核-壳纳米颗粒。用于形成核-壳纳米颗粒的其他示例性系统和技术参考图8和图9进行描述。
图8是图示说明用于处理包含铁基材料的组合物的示例性技术的流程图。例如，图8的所述示例性技术包括处理包含核-壳纳米颗粒10a或10b的组合物。在一些实施例中，所述组合物可以包括任何铁基材料，例如，单质铁，铁氮化物，α″-Fe16N2，或a'-Fe(Co)(N)。在一些实施例中，所述铁基材料可以包括铁基工件。例如，工件可以包括晶粒或粉末，如球形，圆柱形，微粒，薄片，规则多面体，不规则多面体及其任何组合。合适的规则多面体的实例包括四面体，六面体，八面体，十面体，十二面体等，其非限制性实例包括立方体，棱柱，金字塔形等。在一些实施例中，工件可以包括比所述工件的其他尺寸更长(例如，长更多)的尺寸。具有一个尺寸比其他尺寸更长的示例性工件包括纤维，丝，细丝，线缆，膜，厚膜，箔，带，薄板等。在其他实施例中，工件不可以具有长于所述工件的其他尺寸的尺寸。在一些实施例中，工件可以包括纳米颗粒，例如，核-壳纳米颗粒。所述工件可以进一步经过加工从而形成块状磁铁。例如，所述工件可以进行烧结，粘合，或直接地烧结和粘合至一起从而形成块状磁体。
在一些实施例中，图8的所述示例性技术包括在包含氮源的环境中以预定压力在预定温度下高压处理所述组合物长达一段预定的时间(90)。代替高压处理或除高压处理之外，图8的所述示例性技术可以包括任何合适的高压氮化步骤。在一些实施例中，所述高压处理(90)包括将所述组合物加热至高于约200°F的温度。在一些实施例中，所述高压处理(90)包括在采用所述加热的同时将所述组合物加压至约1个大气压～约100个大气压或大于100个大气压的压力。所述高压处理(90)，例如，通过在纳米颗粒10a或10b的核12a或12b和壳14a或14b中之一或两者中引入铁氮化物相来氮化所述组合物。不希望受理论束缚，氮物质的扩散随压力增加而增加。提高所述压力，例如，通过高压处理，增加氮扩散。使用至少约100个大气压的压力可以将所述扩散速率提高至少约10倍。提高所述扩散速率可以促进所述氮化结果，例如，用于增加铁氮化物形成的速率。
在一些实施例中，图8的所述示例性技术可以包括用所述氮源研磨所述组合物长达一段预定的时间。所述研磨可以类似于参考图7描述的所述研磨(74)进行实施。
在一些实施例中，所述高压处理(90)或所述研磨中使用的所述氮源包括氨、硝酸铵、含酰胺材料或含肼材料中的至少之一。在一些实施例中，所述含酰胺材料包括液体酰胺、含酰胺、脲、甲酰胺、苯甲酰胺或乙酰胺的溶液中的至少之一。在一些实施例中，所述含肼材料包括肼或含肼溶液中的至少之一。
在一些实施例中，图8的所述示例性技术可以可选地包括，在所述高压处理(90)或所述研磨之后，退火所述沉积的铁基核(92)。所述退火(92)可以类似于参考图5的所述示例性技术描述的所述退火(54)进行实施。
因此，图8的所述示例性技术可以用于处理包含铁基材料的组合物，例如，包括核-壳纳米颗粒的铁基工件，例如，以氮化铁基材料从而引入铁氮化物相。
实施例
实施例1
使用所述方程式HC＝HS(1-P)对于改变颗粒尺寸计算Fe16N2椭球形颗粒的矫顽力HC。所述形状各向异性HS＝4π·ΔN·MS，其中MS是所述饱和磁化强度(Fe16N2为200emu/g)。ΔN＝Na-Nc是所述颗粒的纵向和横向之间的去磁因子差。紧密简单立方填充椭球的所述填充因子(packing factor)P＝0.52。所述矫顽力取决于所述颗粒的长度(c)与所述颗粒直径(a)之比，如表1所示。
表1
c/a ΔN H<sub>S</sub>(Oe) H<sub>C</sub>(Oe)
2 0.24 4524 2171
3 0.34 6409 3076
7 0.45 8482 4072
实施例2
对于改变颗粒尺寸，使用所述方程式计算包括厚度为h的非磁性壳的Fe16N2椭球形颗粒的矫顽力HC，其中a、b和c是所述三个椭圆体直径。使用方程式1计算所述填充因子P。
方程式1
所述矫顽力取决于a、b、c和h，如表2中所示。
表2
实施例3
通过在椭球形Fe16N2核上溅射抗铁磁性MnN壳制成实施例的核-壳纳米颗粒。研究了所述实施例核-壳纳米颗粒的磁化行为。图9是图示说明对于包含Fe16N2核和MnN壳的实施例纳米颗粒在室温下磁化相对于所述施加的磁场的磁滞回线的图。实现了约1605Oe的相对高矫顽力。
实施例4
通过氨氮化椭球形Fe颗粒制备实施例的核-壳纳米颗粒。Fe16N2最初形成为还原的Fe颗粒表面上的薄壳，并且所述Fe16N2的厚度作为氮化时间的函数而增加，最终形成Fe/Fe16N2核-壳纳米颗粒。图10是图示说明对于样品FNP218，包含Fe核和Fe16N2壳的实施例纳米颗粒的x-射线衍射数据的图。图10的实施例纳米颗粒具有CFe16N2/CFe比率＝0.72。图11是图示说明对于图10的所述实施例纳米颗粒，在室温下磁化相对于所述施加的磁场的磁滞回线的图。观察到矫顽力约1010Oe，磁化饱和度约150emu/g。图12是图示说明在使用氨氮化50小时后对于样品FNP224，包含Fe核和Fe16N2壳的实施例纳米颗粒的x-射线衍射数据的图。图13是图示说明对于图12的实施例纳米颗粒在室温下磁化相对于所述施加的磁场的磁滞回线的图。观察到约650Oe的矫顽力和约50emu/g的磁化饱和度。正如图10和图12所示，所述饱和磁化强度随着所述壳生长入所述核而从约150emu/g降低至约50emu/g。
实施例5
研究了场致退火对具有FeCo核和MnN壳的FeCo/MnN核-壳颗粒的影响。所述颗粒用Ta封盖。图14是图示说明对于包括FeCo核和MnN壳的所述实施例纳米颗粒，场致退火对室温下磁化相对于所述施加的磁场的磁滞回线的影响的图。通过所述退火，所述矫顽力HC和饱和磁化强度MS都增加，正如图14所示。
实施例6
将Fe纳米颗粒的所述磁化行为与具有Fe核和MnN壳的核-壳纳米颗粒的磁化行为在10K和300K下进行比较。两种类型的纳米颗粒均进行Ta封盖(cap)。图15是图示说明对于所述实施例Fe纳米颗粒在室温(300K)和低温(10K)下磁化相对于所述施加的磁场的磁滞回线的图。图16是图示说明对于具有Fe核和MnN壳的实施例核-壳纳米颗粒在室温(300K)和低温(10K)下磁化相对于所述施加的磁场的磁滞回线的图。正如图15和图16所示，当使用MnN壳时，所述矫顽力增加。
各种实施例已经进行了描述。这些和其他实施例都处于所附权利要求的范围内。

Claims (74)

1.一种纳米颗粒，包含：
铁基核；和
壳，其中所述壳包含抗铁磁性材料。
2.根据权利要求1所述的纳米颗粒，其中所述铁基核包含单质铁、铁氮化物、α″-Fe16N2、或α'-Fe(Co)(N)中的至少之一。
3.根据权利要求1或2所述的纳米颗粒，其中所述壳包含氮化锰或锰铁中的至少之一。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的纳米颗粒，其中所述核具有约20nm～约100nm的主要尺寸。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的纳米颗粒，其中所述壳具有约1nm～约10nm的厚度。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的纳米颗粒，其中所述核是具有最大直径与最小直径的比率为至少约2的椭圆体。
7.根据权利要求6所述的纳米颗粒，其中所述最大直径与所述最小直径的比率为至少约5。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的纳米颗粒，具有至少约600Oe的矫顽力。
9.根据权利要求8所述的纳米颗粒，具有至少约1000Oe的矫顽力。
10.一种包含多个权利要求1～9中任一项所述的纳米颗粒的块状磁性材料。
11.一种合金组合物，包含：
铁基晶粒；和
晶界，其中所述晶界包含抗铁磁性材料。
12.根据权利要求11所述的合金组合物，其中所述铁基晶粒包含单质铁、铁氮化物、α″-Fe16N2、或α′-Fe(Co)(N)中的至少之一。
13.根据权利要求11或12所述的合金组合物，其中所述晶界包含氮化锰或锰铁中的至少之一。
14.根据权利要求11～13中任一项所述的合金组合物，其中所述铁基晶粒具有约20nm～约100nm的主要尺寸。
15.根据权利要求11～14中任一项所述的合金组合物，其中所述晶界具有约1nm～约10nm的厚度。
16.根据权利要求11～15中任一项所述的合金组合物，其中所述铁基晶粒是具有纵向直径与横向直径的比率为至少约2的椭圆体。
17.根据权利要求16所述的合金组合物，其中所述纵向直径与所述横向直径的比率为至少约5。
18.根据权利要求11～17中任一项所述的合金组合物，具有至少约600Oe的矫顽力。
19.根据权利要求18所述的合金组合物，具有至少约1000Oe的矫顽力。
20.根据权利要求11～19中任一项所述的合金组合物，其中所述铁基晶粒包含权利要求1～9中任一项所述的铁基核，并且其中所述晶界包含权利要求1～9中任一项所述的壳。
21.一种包含权利要求11～20中任一项所述的合金组合物的块状磁性材料。
22.一种方法，包括通过至少将铁基核浸入盐组合物中，在所述铁基核上沉积壳从而形成核-壳纳米颗粒，其中所述壳包含非磁性材料、抗铁磁性材料、或铁磁性材料中的至少之一。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述铁基核包含单质铁、铁氮化物、α″-Fe16N2、或α′-Fe(Co)(N)中的至少之一。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述盐组合物包含二氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化锰、氧化锌、氧化铁、锰铁、Fe4N、和Fe16N2的前体中的至少之一。
25.根据权利要求22～24中任一项所述的方法，其中所述铁基核包含铁氮化物，以及其中所述壳包含抗铁磁性材料。
26.根据权利要求22-25中任一项所述的方法，其中所述盐组合物包含液体、溶液、聚合物、或凝胶中的至少之一。
27.根据权利要求22～26中任一项所述的方法，进一步包括，在沉积所述壳之前，将所述铁基核暴露于还原环境从而还原所述铁基核中的含铁物质。
28.根据权利要求22～27中任一项所述的方法，进一步包括，在沉积所述壳之后：
从所述盐组合物中过滤出所述核-壳纳米颗粒，和
干燥所述核-壳纳米颗粒。
29.根据权利要求22～28中任一项所述的方法，进一步包括，在沉积所述壳之后，氮化所述核-壳纳米颗粒。
30.根据权利要求29所述的方法，其中氮化所述壳包括在富氮环境中，在预定压力、预定温度下和预定时间段内对所述核-壳纳米颗粒进行高压处理。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述预定压力大于约100atm。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述富氮环境由包含氨、硝酸铵、含酰胺材料、或含肼材料中的至少之一的氮源产生。
33.根据权利要求22～32中任一项所述的方法，进一步包括，在沉积所述壳之后，在施加的磁场存在下使所述核-壳纳米颗粒退火。
34.根据权利要求33所述的方法，其中在施加的磁场存在下使所述核-壳纳米颗粒退火包括在预定温度下将所述核-壳纳米颗粒暴露于具有预定强度的磁场长达一段预定的时间。
35.一种方法，包括通过至少用盐组合物将铁基核研磨长达一段预定的时间而将壳沉积于所述铁基核上以形成核-壳纳米颗粒，其中所述壳包含非磁性材料、抗铁磁性材料、或亚铁磁性材料中的至少之一。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述铁基核包含单质铁、铁氮化物、α″-Fe16N2、或α'-Fe(Co)(N)中的至少之一。
37.根据权利要求35或36所述的方法，其中所述盐组合物包含二氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化锰、氧化锌、氧化铁、锰铁、Fe4N、和Fe16N2的前体中的至少之一。
38.根据权利要求35～37中任一项所述的方法，其中所述铁基核包含铁氮化物，以及其中所述壳包含抗铁磁性材料。
39.根据权利要求35～38中任一项所述的方法，其中所述盐组合物包含固体、浆料、膏剂、悬浮液、液体、溶液、聚合物、或凝胶中的至少之一。
40.根据权利要求35～39中任一项所述的方法，进一步包括，在沉积所述壳之后：
从所述盐组合物中过滤出所述核-壳纳米颗粒，和
干燥所述核-壳纳米颗粒。
41.根据权利要求35～40中任一项所述的方法，进一步包括，在沉积所述壳之后，氮化所述核-壳纳米颗粒。
42.根据权利要求41所述的方法，其中氮化所述核-壳纳米颗粒包括在富氮环境中在预定压力、预定温度下对所述核-壳纳米颗粒进行高压处理长达一段预定的时间。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述预定压力大于约100个大气压。
44.根据权利要求42所述的方法，其中所述富氮环境由包括氨、硝酸铵、含酰胺材料、或含肼材料中的至少之一的氮源产生。
45.根据权利要求35～44中任一项所述的方法，进一步包括，在沉积所述壳之后，在施加的磁场存在下使所述核-壳纳米颗粒退火。
46.根据权利要求45所述的方法，其中在施加的磁场存在下使所述核-壳纳米颗粒退火包括在预定温度下将所述核-壳纳米颗粒暴露于具有预定强度的磁场长达一段预定的时间。
47.根据权利要求35～46中任一项所述的方法，其中沉积所述壳包括用氮源研磨所述铁基核长达一段预定的时间。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述盐组合物包含所述氮源。
49.根据权利要求47或48所述的方法，其中所述氮源包括氨、硝酸铵、含酰胺材料、或含肼材料中的至少之一。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述含酰胺材料包含液体酰胺、含有酰胺、脲、甲酰胺、苯甲酰胺或乙酰胺的溶液中的至少之一，并且其中所述含肼材料包含肼或含肼溶液中的至少之一。
51.根据权利要求47～50中任一项所述的方法，其中沉积所述壳包括在用所述盐组合物研磨所述铁基核之前用所述氮源研磨所述铁基核。
52.根据权利要求51所述的方法，进一步包括在用所述氮源研磨所述铁基核之前，研磨铁前体从而形成所述铁基核，其中所述铁前体包括单质铁(Fe)、FeCl3、Fe2O3、或Fe3O4中的至少之一。
53.一种方法，包括：
氮化包含核-壳纳米颗粒的组合物，所述核-壳纳米颗粒包含铁基核和抗铁磁性壳。
54.根据权利要求53所述的方法，其中氮化所述组合物包括在包含氮源的环境中，在预定压力、预定温度下将所述组合物高压处理长达一段预定的时间。
55.根据权利要求54所述的方法，其中所述预定压力大于约100atm。
56.根据权利要求53所述的方法，其中氮化所述组合物包括用氮源研磨所述组合物长达一段预定的时间。
57.根据权利要求54～56中任一项所述的方法，其中所述氮源包含氨、硝酸铵、含酰胺材料、或含肼材料中的至少之一。
58.根据权利要求57所述的方法，其中所述含酰胺材料包含液体酰胺、含有酰胺、脲、甲酰胺、苯甲酰胺、或乙酰胺的溶液中的至少之一，并且其中所述含肼材料包含肼或含肼溶液中的至少之一。
59.根据权利要求53～58中任一项所述的方法，进一步包括，在氮化所述组合物之后，在施加的磁场存在下使所述组合物退火。
60.根据权利要求59所述的方法，其中在施加的磁场存在下使所述组合物退火包括在预定温度下将所述组合物暴露于具有预定强度的磁场长达一段预定的时间。
61.一种方法，包括：
氮化包含铁基核的组合物从而在所述铁基核上形成包含铁氮化物的壳。
62.根据权利要求61所述的方法，其中所述氮化包括在包括氮源的环境中在预定压力、预定温度下将所述组合物高压处理长达一段预定的时间。
63.根据权利要求62所述的方法，其中所述预定压力大于约100atm。
64.根据权利要求61所述的方法，其中所述氮化包括用氮源研磨所述组合物长达一段预定的时间。
65.根据权利要求62～64中任一项所述的方法，其中所述氮源包括氨、硝酸铵、含酰胺材料、或含肼材料中的至少之一。
66.根据权利要求65所述的方法，其中所述含酰胺材料包括液体酰胺、含有酰胺、脲、甲酰胺、苯甲酰胺、或乙酰胺的溶液中的至少之一，并且其中所述含肼材料包括肼或含肼溶液中的至少之一。
67.根据权利要求61～66中任一项所述的方法，进一步包括在氮化之后使所述组合物退火。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述退火包括在预定温度下将所述组合物暴露于具有预定强度的磁场长达一段预定的时间。
69.一种通过权利要求61～68中任一项所述的方法制备的包含含有单质铁的核和含有Fe16N2的壳的核-壳纳米颗粒。
70.一种处理包含铁基材料的组合物的方法，包括通过在包括氮源的环境中在预定温度下将所述组合物暴露于大于约100个大气压的预定压力长达一段预定的时间来氮化所述组合物。
71.根据权利要求70所述的方法，其中所述组合物包含单质铁、铁氮化物、α″-Fe16N2、或α′-Fe(Co)(N)中的至少之一。
72.根据权利要求70或71所述的方法，其中氮化所述组合物包括对所述组合物进行高压处理。
73.根据权利要求70～72中任一项所述的方法，进一步包括在氮化之后使所述组合物退火。
74.根据权利要求73所述的方法，其中所述退火包括在预定温度下将所述组合物暴露于具有预定强度的磁场长达一段预定的时间。
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