CN115740436B - 一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用，包括铁磁纳米线，铁磁纳米线外部包覆碳层外壳形成一维核壳异质结构磁性纳米线；铁磁纳米线为Fe、Co、Ni或者任意两者合金或三者合金中的一种；所述铁磁性纳米线中铁磁核和C壳层的摩尔比为1～3:1。本发明采用铁磁纳米线与有机碳源经溶液沉积和高温退火制备以铁磁纳米线为内核、碳为外壳的碳包覆铁磁纳米线的结构核壳结构，制备过程更加简单易行，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低；制备的核壳异质结构磁性纳米线，具有优异的抗氧化性、耐腐蚀性和吸波性能，在微波吸收与屏蔽、电催化，汽车尾气净化、柔性透明导电薄膜、超大规模集成电路、表面增强拉曼光谱有广泛的应用前景。

Description

一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及材料改性技术领域，具体而言，涉及一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用。

背景技术

随着科技的进步，智能通信系统、无线网络设备、电子探测设备等技术高速发展。由此产生的电磁波辐射引起广泛关注，空间电磁波辐射对仪器设备的影响不断增大，长时间暴露在电磁辐射下也会对人体健康造成危害。因此，电磁辐射的防治工作变得尤为重要。其中一维纳米材料因其高纵横比的结构特征、出色的机械变形的优点，被广泛应用于电磁辐射的防护领域。

在所有的金属中，铁磁金属较金属银、铜等具磁导率较高，磁损耗大，截止频率高，饱和磁化强度高，温度稳定性好等优异性能，是一类很有发展潜力和应用前景的吸波材料。铁磁性纳米线具有纳米级别的尺寸与独特的结构，使得铁磁性纳米线表现出许多体相材料不具有的独特物理效应，主要包括小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应等，因此受到广大学者研究探索，并应用于微波吸收等领域。铁磁材料价格低廉，同时单分散铁磁性纳米线具有较好的导电、导热和机械性能和突出的电磁特性。但是铁磁性纳米线金属材料具有非常活泼的化学性质，在自然条件下容易被氧化，这就会破坏材料原有的电磁吸收性能。中国专利CN201810949570.3公开了一种双金属钴基核壳材料的制备方法，采用原位金属置换法，制得了以Co为核，Ag或Cu为壳的复合型双金属钴基壳材料，但是该材料的制备存在高温能耗大、对设备要求严格、条件苛刻、微波吸收性能不好、易氧化等缺点。因此开发简易的、吸波性能优良的铁磁性纳米线新材料是目前科研人员研究的新方向。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有铁磁性纳米线存在抗氧化及微波吸收性能差，制备过程复杂等问题，目的在于提供一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线、制备方法及其应用。本发明利用铁磁金属较银、铜等金属对碳的结合能低，采用铁磁性纳米线与有机碳源经溶液沉积和高温退火的方法制备以铁磁纳米线为内核、石墨化晶化程度较低的无定型碳为外壳的碳包覆铁磁纳米线的结构核壳结构，制备过程更加简单易行，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低；制备的核壳异质结构磁性纳米线，具有优异的抗氧化性、耐腐蚀性和吸波性能，在微波吸收与屏蔽、电催化，汽车尾气净化、柔性透明导电薄膜、超大规模集成电路、表面增强拉曼光谱等领域具有广泛的应用前景。

本发明通过下述技术方案实现：

一种一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，包括铁磁纳米线，铁磁纳米线外部包覆碳层外壳形成一维核壳异质结构磁性纳米线；所述铁磁纳米线为Fe、Co、Ni或者任意两者合金或三者合金中的一种；所述铁磁性纳米线中铁磁核和C壳层的摩尔比为1～3:1。

本发明利用铁磁金属较银、铜等对碳的结合能低，容易实现碳包覆铁磁纳米线的特点，通过在铁磁纳米线外包覆无定型碳层，能够明显克服铁磁纳米线易氧化的缺点，提高了材料的抗氧化性和抗腐蚀性；高温退火形成的石墨化晶化程度较低的无定型碳包铁的核壳结构，实现了介电损耗的碳材料与磁损耗的铁磁纳米线的结合，既构筑了异质结构，增强了界面极化、偶极极化，又优化了阻抗匹配，从而提高了铁磁性纳米线的电磁吸波性能。

另外铁核与碳壳层比例至关重要，铁磁核心是磁损耗的关键，而碳壳层是防腐的关键，只有合适的比例才能兼顾阻抗匹配和防腐性能。为此，本发明限定碳包覆铁磁纳米线中铁磁核和C壳层的摩尔比为1～3∶1，最小反射损耗达到-47.4dB，小于等于-10dB反射率的有效吸收带宽达2.72GHz；此外，本发明采用800℃的高温进行退火，形成石墨晶化程度较低的无定型碳，在引入缺陷，增强极化，改善阻抗匹配的同时，提高防腐性能，与纯铁磁纳米线相比，本发明碳包覆铁磁纳米线抗腐蚀性能明显增强。腐蚀电位变大，这是由于碳壳带来的正电位高于单一的铁磁纳米线，能够对铁磁纳米线起到良好的表面保护，有助于防止腐蚀；另外本发明碳包覆铁磁纳米线较单一铁磁纳米线的腐蚀电流、腐蚀速率都降低1.2～3.2倍，表明外壳碳层对内核铁磁纳米线具有保护作用，且外壳碳层能够起到长期的防腐作用。

进一步的，所述一维核壳异质结构磁性纳米线的直径为80～140nm、长度5～30um、长径比为35～375。

本发明还提供一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备铁磁纳米线悬浮液；

(2)通过溶液沉积法使有机碳源附着在铁磁纳米线表面，得到复合粉末；

(3)通过高温退火法，使铁磁纳米线表面的有机碳源碳化，得到核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。

本发明提供的碳包覆铁磁纳米线的制备方法，反应的机理为有机碳源通过络合等作用吸附或共沉淀在铁磁纳米线表面，然后进行高温退火，在惰性气氛下进行高温碳化，就可以得到碳层，最终得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。该方法操作简单、工艺可控，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低。

进一步的，步骤(1)中铁磁纳米线悬浮液的制备方法如下：

将0.1～0.2M的铁磁纳米线分散在50～100mL无水乙醇中，将溶液放置在大功率超声振荡器中超声30～60min，使铁磁纳米线充分分散，获得均匀悬浮液。

进一步的，步骤(2)中有机碳源附着铁磁纳米线的复合粉末的制备方法如下：

将步骤(1)中得到的悬浮液转移至机械搅拌下，在300～600r/min的转速下向混合溶液缓慢滴加浓度为0.06～0.2mol/L有机碳源溶液，继续搅拌30～60min；

在室温下，离心收集，用去离子水和无水乙醇多次交替洗涤，然后干燥。

进一步的，所述有机碳源包括聚多巴胺、间苯二酚-甲醛树脂、糖类(葡萄糖，蔗糖等)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、单宁酸、柠檬酸，聚乙烯醇，聚吡咯，维生素C，聚乙二醇，沥青，蒽和苯胺中的一种或几种。

进一步的，步骤(3)中碳包覆铁磁纳米线的制备方法如下：

将步骤(2)得到复合粉末转移到高温退火设备，在保护气体下高温退火处理，，得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。

进一步的，所述高温退火设备为管式炉、马弗炉等任意一种，所述高温退火设备的工作时的操作方式为1～3℃/min的速率加热到300～500℃保持1～2h，然后以3～5℃/min的速率加热到800℃及以上保持3～5h；所述保护气体采用惰性气体氦气或氩气。

本发明还提供一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的应用，其特征在于，应用于微波吸收、屏蔽、电催化、汽车尾气净化、柔性透明导电薄膜、超大规模集成电路以及表面增强拉曼光谱领域。

进一步的，应用于制备吸收微波的同轴环，其具体的应用方式为：将碳包覆铁磁纳米线和石蜡以3:7的质量比制备同轴环。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明实施例提供的一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线，利用铁磁金属较银、铜等对碳的结合能低，容易实现碳包覆铁磁纳米线的特点，通过高温退火(800℃)在铁磁纳米线外包覆无定型碳层，能够明显克服铁磁纳米线易氧化的缺点，提高了材料的抗氧化性和抗腐蚀性；同时，高温退火形成的石墨化晶化程度较低的无定型碳包铁的核壳结构，实现介电损耗的碳材料与磁损耗的铁磁纳米线的结合，构成的核壳结构，既丰富了异质结构，又优化了阻抗匹配，从而提高了铁磁性纳米线的电磁吸波性能；

2、本发明实施例提供的一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线，适中的低晶化石墨碳壳层厚度及与铁核的比例，兼顾了铁磁纳米线防腐蚀、抗氧化和阻抗匹配、吸波性能要求。与较单一铁磁纳米线相比抗腐蚀性能明显增强，腐蚀电位变大，这是由于低晶化石墨碳壳带来的正电位高于单一的铁磁纳米线，能够对铁磁纳米线起到良好的表面保护，有助于防止腐蚀；另外腐蚀电流、腐蚀速率都降低1.2～3.2倍，表明外壳低晶化石墨碳层对内核铁磁纳米线具有保护作用，且外壳低晶化石墨碳层能够起到长期的防腐作用；

3、本发明实施例提供的一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，采用铁磁性纳米线与有机碳源经溶液沉积和高温退火，高温退火实现了有机碳源转化为石墨化晶化程度较低的无定型碳，制备了以铁磁纳米线为内核、低晶化石墨碳为外壳的碳包覆铁磁纳米线核壳结构，制备过程更加简单易行、工艺可控，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低；

4、本发明实施例提供的一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线，能够应用于微波吸收、屏蔽、电催化、汽车尾气净化、柔性透明导电薄膜、超大规模集成电路以及表面增强拉曼光谱领域，特别是应用于制备吸收微波的同轴环。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明实施例1提供碳包覆铁磁纳米线的制备流程图；

图2为本发明实施例1-3提供的碳包覆铁磁纳米线的拉曼光谱图；

图3为本发明实施例1提供的碳包覆铁磁纳米线的SEM图；

图4为本发明实施例2提供的碳包覆铁磁纳米线的SEM图；

图5为本发明实施例3提供的碳包覆铁磁纳米线的SEM图；

图6为本发明实施例1提供的碳包覆铁磁纳米线的TEM图；

图7为本发明实施例2提供的碳包覆铁磁纳米线的TEM图；

图8为本发明实施例3提供的碳包覆铁磁纳米线的TEM图；

图9为本发明实施例3提供的碳包覆铁磁纳米线的EDS图；

图10为本发明实施例1提供的碳包覆铁磁纳米线的反射损耗的2D等高线图；

图11为本发明实施例2提供的碳包覆铁磁纳米线的反射损耗的2D等高线图；

图12为本发明实施例3提供的碳包覆铁磁纳米线的反射损耗的2D等高线图；

图13为本发明实施例1-3提供的碳包覆铁磁纳米线的反射损耗的三维图；

图14为本发明实施例1-3提供的碳包覆铁磁纳米线以及实施例1中单一铁磁纳米线的塔菲尔曲线；

图15为本发明实施例1-3提供的碳包覆铁磁纳米线以及实施例1中单一铁磁纳米线的腐蚀电流图；

图16为本发明实施例1-3提供的碳包覆铁磁纳米线以及实施例1中单一铁磁纳米线的腐蚀速率图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

本发明实施例提供一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，具体的制备流程如图1所示，包括如下步骤：

(1)将0.1M铁磁纳米线分散在50mL无水乙醇中，将溶液放置在大功率超声振荡器中超声30min，使铁磁纳米线充分分散，以获得均匀悬浮液；

(2)将上述超声后得到的混合溶液转移至机械搅拌下，在300r/min的转速下向混合溶液缓慢滴加50mL浓度为0.2mol/L的单宁酸溶液，继续搅拌30min。在室温下，离心收集，用去离子水和无水乙醇多次交替洗涤，然后干燥；

(3)将上述干燥后获得的粉末转移到水平管式炉，在氩气下高温退火处理，最后得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。其中水平管式炉工作方式为1℃/min的速率加热到400℃保持2h，然后以5℃/min的速率加热到800℃保持3h。

将制得的一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线与石蜡按质量比3:7混合，其中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线中Fe、C的比例1:1，放入真空干燥箱待石蜡融化，搅拌均匀，让材料充分与石蜡混合，然后倒入外径为7.0mm，内径为3.04mm，厚度为3.0mm的圆柱形环形模具压样，待材料冷却后收集得到同轴环，然后用同轴法测量其电磁参数。将一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线按质量比4:1填充到聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂中，制成片状试样，制备了测试工作电极。然后利用电化学工作站在5.0wt％NaCl溶液中，采用典型的三电极体系对样品的电化学行为进行了表征，获得腐蚀参数。

实施例2

本发明实施例还提供一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.1M铁磁纳米线分散在50mL无水乙醇中，将溶液放置在大功率超声振荡器中超声30min，使铁磁纳米线充分分散，以获得均匀悬浮液；

(2)将上述超声后得到的混合溶液转移至机械搅拌下，在300r/min的转速下向混合溶液缓慢滴加50mL浓度为0.1mol/L的单宁酸溶液，继续搅拌30min。在室温下，离心收集，用去离子水和无水乙醇多次交替洗涤，然后干燥；

(3)将上述干燥后获得的粉末转移到水平管式炉，在氩气下高温退火处理，最后得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。其中水平管式炉工作方式为1℃/min的速率加热到400℃保持2h，然后以5℃/min的速率加热到800℃保持3h。

将制得的一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线与石蜡按质量比3:7混合，其中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线中Fe、C的比例2:1，放入真空干燥箱待石蜡融化，搅拌均匀，让材料充分与石蜡混合，然后倒入外径为7.0mm，内径为3.04mm，厚度为3.0mm的圆柱形环形模具压样，待材料冷却后收集得到同轴环，然后用同轴法测量其电磁参数。将一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线按质量比4:1填充到聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂中，制成片状试样，制备了测试工作电极。然后利用电化学工作站在5.0wt％NaCl溶液中，采用典型的三电极体系对样品的电化学行为进行了表征，获得腐蚀参数。

实施例3

本发明实施例还提供一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.1M铁磁纳米线分散在50mL无水乙醇中，将溶液放置在大功率超声振荡器中超声30min，使铁磁纳米线充分分散，以获得均匀悬浮液；

(2)将上述超声后得到的混合溶液转移至机械搅拌下，在300r/min的转速下向混合溶液缓慢滴加50mL浓度为0.06mol/L的单宁酸溶液，继续搅拌30min。在室温下，离心收集，用去离子水和无水乙醇多次交替洗涤，然后干燥；

(3)将上述干燥后获得的粉末转移到水平管式炉，在氩气下高温退火处理，最后得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。其中水平管式炉工作方式为1℃/min的速率加热到400℃保持2h，然后以5℃/min的速率加热到800℃保持3h；

将制得的一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线与石蜡按质量比3:7混合，其中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线中Fe、C的比例3:1，放入真空干燥箱待石蜡融化，搅拌均匀，让材料充分与石蜡混合，然后倒入外径为7.0mm，内径为3.04mm，厚度为3.0mm的圆柱形环形模具压样，待材料冷却后收集得到同轴环，然后用同轴法测量其电磁参数。将一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线按质量比4:1填充到聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂中，制成片状试样，制备了测试工作电极。然后利用电化学工作站在5.0wt％NaCl溶液中，采用典型的三电极体系对样品的电化学行为进行了表征，获得腐蚀参数。

图1是实施例1中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的制备流程图。

图2是实施例1-3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的拉曼光谱图，从上至下依次为实施例1、实施例2、实施例3。由图2可知，实施例1-3的拉曼光谱中D峰和G峰基本一致，能确定实施例1-3的铁磁纳米线表面都包覆上了一层碳壳材料。

图3是实施例1中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的SEM图，由图3可知，一层碳壳包覆在铁磁纳米线表面，碳壳相对较多，碳壳材料的分布不均匀。

图4是实施例2中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的SEM图，由图4可知，一层碳壳包覆在铁磁纳米线表面，碳壳相对较少，碳壳材料的分布比实施例1较均匀。

图5是实施例3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的SEM图，由图5可知，一层碳壳包覆在铁磁纳米线表面，碳壳分布均匀，包覆效果比实施例1、实施例2都较好，整体一维线状效果较好。

图6是实施例1中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的TEM图，由图6可知，碳壳在铁磁纳米线表面的分布不均匀，碳壳的厚度较厚，可见，产物为单分散的核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，纳米线直径80～140nm。

图7是实施例2中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的TEM图，由图7可知，铁磁纳米线表面包覆碳壳分布比实施例1效果较均匀、厚度较薄，可见，产物为单分散的核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，纳米线直径80～140nm。

图8是实施例3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的TEM图，由图8可知，铁磁纳米线表面包覆碳壳厚度薄且分布均匀，包覆效果好，可见，产物为单分散的核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，纳米线直径80～140nm。

图9是实施例3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的EDS图，由图9可知，由EDS图可以看出一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线中是有Fe、O、C元素，表明铁磁纳米线表面附着一层碳壳。

图10是实施例1中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的反射损耗的三维图，由图10可知，在17.12GHz处，最小反射损耗为-13.4dB。

图11是实施例2中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的反射损耗的三维图，由图11可知，在11.04GHz处，最小反射损耗为-45.2dB。

图12是实施例3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的反射损耗的三维图，由图12可知，在11.52GHz处，最小反射损耗为-47.4dB。

图13是实施例1-3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的反射损耗的2D等高线图。由图13可知，随着频率的增加，不同厚度的最小反射损耗变化情况，实施例3效果最佳。

图14是实施例1-3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线以及实施例1中单一铁磁纳米线的塔菲尔曲线。由图14可知，实施例1-3的腐蚀电位分别为-0.342、-0.385和-0.38V，都比实施例1中单一铁磁纳米线的腐蚀电位-0.546V大，表明碳壳带来的正电位高于单一铁磁纳米线，表明表面保护有助于防止腐蚀；实施例1-3的金属溶解/腐蚀速率的阳极电流密度都比实施例1中单一铁磁纳米线的低，表明内核铁磁纳米线受到外壳碳层的保护。

图15是实施例1-3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线以及实施例1中单一铁磁纳米线的腐蚀电流图，从左至右依次为单一铁磁纳米线、实施例1、实施例2、实施例3。由图15可知，实施例1中单一铁磁纳米线以及实施例1-3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的腐蚀电流分别为45.91、39.99、14.24和19.65μA cm^-2，表明腐蚀电流明显降低，即外壳碳层对内核铁磁纳米线形成了非常好的抗腐蚀屏障。

图16是实施例1-3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线以及实施例1中单一铁磁纳米线的腐蚀速率图，从左至右依次为单一铁磁纳米线、实施例1、实施例2、实施例3。由图16可知，实施例1中单一铁磁纳米线以及实施例1-3中一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线的腐蚀速率分别为533.1、464.4、165.4和228.2μm year^-1，表明腐蚀速率明显降低，即外壳碳层具有长期的防腐作用。

综上所述，本发明提供了一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，将有机碳源通过络合等作用吸附或共沉淀在铁磁纳米线表面，然后进行高温退火，在惰性气氛下进行高温碳化，最终得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。该方法操作简单、工艺可控，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低。

本发明一维核壳结构的碳包覆铁磁性纳米线，利用铁磁金属较银、铜等对碳的结合能低，容易实现碳包覆铁磁纳米线，通过在铁磁纳米线外包覆无定型碳层，能够明显克服铁磁纳米线易氧化的缺点，提高了材料的抗氧化性和抗腐蚀性；高温退火形成的石墨化晶化程度较低的无定型碳包铁的核壳结构，实现介电损耗的碳材料与磁损耗的铁磁纳米线的结合，既丰富了异质结构，又优化了阻抗匹配，从而提高了铁磁性纳米线的电磁吸波性能。一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线中Fe和C的摩尔比为1～3：1，最小反射损耗达到-47.4dB，小于等于-10dB反射率的有效吸收带宽2.72GHz。同时适中的碳包覆的量和厚度实现铁磁纳米线防腐蚀和抗氧化，一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线较纯铁磁纳米线的抗腐蚀性能明显增强，一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线较单一铁磁纳米线腐蚀电位变大，表明碳壳带来的正电位高于单一铁磁纳米线，表明表面保护有助于防止腐蚀；一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线较单一铁磁纳米线腐蚀电流、腐蚀速率都降低1.2～3.2倍，表明外壳碳层对内核铁磁纳米线具有保护作用，且外壳碳层具有长期的防腐作用。本发明具有制备过程更加简单易行，所用原料均为廉价常见原料，制备成本较低、重复性好、周期短、可规模化生产等优点，在微波吸收、电催化、柔性透明导电薄膜、表面增强拉曼光谱等方面有广泛的应用前景。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，其特征在于，用于制备微波吸收材料，包括铁磁纳米线，铁磁纳米线外部包覆无定型碳层外壳形成一维核壳异质结构碳包覆磁性纳米线；

所述铁磁纳米线为Fe、Co、Ni或者任意两者合金或三者合金中的一种；

所述碳包覆铁磁性纳米线中铁磁核和C壳层的摩尔比为1~3:1。

2.根据权利要求1所述的一种一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线，其特征在于，所述一维核壳异质结构碳包覆磁性纳米线的直径为80~140 nm、长度5~30 μm、长径比为35~375。

3.一种如权利要求1所述一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）制备铁磁纳米线悬浮液；

（2）通过溶液沉积法使有机碳源附着在铁磁纳米线表面，得到复合粉末；

（3）通过高温退火法，使铁磁纳米线表面的有机碳源碳化，得到核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。

4.根据权利要求3所述的一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，步骤（1）中铁磁纳米线悬浮液的制备方法如下：

将0.1~0.2 M的铁磁纳米线分散在50~100 mL无水乙醇中，将溶液放置在大功率超声振荡器中超声30~60 min，使铁磁纳米线充分分散，获得均匀悬浮液。

5.根据权利要求3所述的一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，步骤（2）中有机碳源附着铁磁纳米线的复合粉末的制备方法如下：

将步骤（1）中得到的悬浮液转移至机械搅拌下，在300~600 r/min的转速下向混合溶液缓慢滴加浓度为0.06~0.2 mol/L有机碳源溶液，继续搅拌30~60 min；

在室温下，离心收集，用去离子水和无水乙醇多次交替洗涤，然后干燥。

6.根据权利要求3所述的一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，步骤（3）中碳包覆铁磁纳米线的制备方法如下：

将步骤（2）得到的复合粉末，在保护气体下进行高温退火处理，得到一维核壳结构的碳包覆铁磁纳米线。

7.根据权利要求3所述的一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，所述有机碳源包括聚多巴胺、间苯二酚-甲醛树脂、糖类、聚乙烯吡咯烷酮、单宁酸、柠檬酸，聚乙烯醇，聚吡咯，维生素C，聚乙二醇，沥青，蒽和苯胺中的一种或几种。

8.根据权利要求6所述的一种一维核壳结构碳包覆铁磁纳米线的制备方法，其特征在于，所述高温退火处理的具体操作如下：以1~3℃/min的速率加热到300~500℃保持1~2 h，然后以3~5℃/min的速率加热到800℃及以上保持3~5 h；所述保护气体采用惰性气体。