[發(fā)明專利]一種碳納米管基磁性納米復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410351461.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104124022A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱路平;汪玲玲;邴乃慈;李奕懷;王利軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F1/33
• 分類號(hào): H01F1/33;H01F41/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;王潔平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種碳納米管基磁性納米復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

自1991年日本S.?Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管（Carbon?nanotubes，?CNTs）以來(lái)，碳納米管以其獨(dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)、極高的長(zhǎng)徑比、可與金剛石媲美的硬度、高韌性、優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及獨(dú)特磁學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用在場(chǎng)致電子發(fā)射、高頻寬帶電磁波吸收及導(dǎo)熱、儲(chǔ)氫和催化等多個(gè)領(lǐng)域。

但碳納米管存在易聚集成束或纏繞、在絕大多數(shù)的溶劑中難溶的缺點(diǎn)，同時(shí)與其他納米粒子相比，其是由單層或多層石墨卷曲而成的無(wú)縫管狀結(jié)構(gòu)，每層納米管是由一個(gè)碳原子通過(guò)SP²雜化與周圍三個(gè)碳原子完全鍵合而成的六邊形平面組成的圓柱面，其近乎完美的結(jié)合結(jié)構(gòu)，阻礙了不純物質(zhì)及缺陷的介入，使其具有超強(qiáng)的力學(xué)性能和很高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此其化學(xué)活性甚至比石墨還低，表現(xiàn)出相對(duì)較高的化學(xué)“惰性”。以上這些缺點(diǎn)極大地制約了其廣泛應(yīng)用。

因此，對(duì)碳納米管的表面進(jìn)行改性已成為碳納米管基材料的研究熱點(diǎn)之一。為消除這些限制，通常采用強(qiáng)酸等氧化劑對(duì)碳納米管進(jìn)行，使碳管的表面生成羥基或羧基等含氧官能團(tuán)。然而對(duì)碳管進(jìn)行氧化處理會(huì)“剪斷”或“剪開(kāi)”碳管，從而改變其原有的結(jié)構(gòu)，影響其原有的性能。另一方面，強(qiáng)酸處理方式也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響。而其它改性方法雖然也能在一定程度上提高碳納米管的分散性、親水性及化學(xué)活性，但也會(huì)在一定程度上削弱其其它相關(guān)性能。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)碳納米管進(jìn)行離子摻雜，以提高碳納米管的應(yīng)用性能，成為碳納米管合成和應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。對(duì)碳納米管進(jìn)行摻雜不僅可以改善其分散性，解決碳納米管在實(shí)際應(yīng)用中難分散的缺點(diǎn)，而且摻雜原子能夠改變碳納米管局部電荷密度，提高碳納米管的電子傳遞性，降低電阻系數(shù)。

CN_x是一類具有管狀結(jié)構(gòu)的特殊碳材料，其具有與普通碳管相似的吸附性能、力學(xué)、熱力學(xué)穩(wěn)定性能。同時(shí)，相對(duì)于碳原子，氮比碳要多一個(gè)電子，這些額外的電子可以充當(dāng)載流子，因而?CN_x表現(xiàn)出n-型半導(dǎo)體的一般特性。此外，由于N原子上成單的電子對(duì)和氮原子上額外的電子，CN_x能夠顯現(xiàn)出增強(qiáng)的共軛效應(yīng)和獨(dú)特的電學(xué)及化學(xué)性能。一方面，π電子云在碳納米管表面的引入，使得摻氮碳納米管表面層呈現(xiàn)出一定的電負(fù)性，可廣泛應(yīng)用于催化、吸波及電子器件等領(lǐng)域。另一方面，CN_x框架上的N原子可以作為化學(xué)活性位點(diǎn)，進(jìn)而能夠在無(wú)需表面處理的情況下，實(shí)現(xiàn)金屬、氧化物及其他半導(dǎo)體材料等在其碳納米管表面的負(fù)載。最近，金屬、氧化物等在氮摻雜碳納米管表面的包覆和負(fù)載從而形成復(fù)合材料的研究已經(jīng)成為一個(gè)極其重要的領(lǐng)域。鐵磁性金屬是一類重要的軟磁材料，主要為3d過(guò)渡族金屬中的鐵系金屬，即Fe，Co，Ni及其合金，其廣泛應(yīng)用于電子器件、信息儲(chǔ)存、催化、隱身等領(lǐng)域。

由于鐵磁性金屬的鐵磁性來(lái)源于其巡游的3d電子，其飽和磁矩由能帶結(jié)構(gòu)決定，當(dāng)磁性顆粒的粒徑減小到納米尺度時(shí)，其表面配位數(shù)的降低引起能帶結(jié)構(gòu)的變化，納米顆粒的原子磁矩通常會(huì)隨顆粒尺寸的變化而變化。此外，磁性顆粒的形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)其磁性能也有重要影響，例如，通過(guò)對(duì)磁性顆粒形狀的控制，可以提高相應(yīng)的磁記錄密度，改善材料的動(dòng)態(tài)磁性。因此，將鐵磁性金屬與氮摻雜碳納米管進(jìn)行復(fù)合，得到形貌和結(jié)構(gòu)特殊的新型微納米磁性復(fù)合材料并對(duì)其性能進(jìn)行研究已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。由于碳納米管與鐵磁性金屬粒子協(xié)同作用，在這些復(fù)合材料能夠顯示出優(yōu)異的增強(qiáng)效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管基磁性納米復(fù)合材料及其制備方法，其制備工藝簡(jiǎn)單、?成本低廉。得到的碳納米管基磁性納米復(fù)合材料具有優(yōu)異性能。

本發(fā)明中采用化學(xué)氣相沉積法制備了氮摻雜碳納米管，然后用溶劑熱法在摻氮碳納米管上負(fù)載鐵磁性金屬納米顆粒，從而得到碳納米管基磁性納米復(fù)合材料。具體技術(shù)方案如下。

本發(fā)明提供一種碳納米管基磁性納米復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）氮摻雜碳納米管CNx的制備

將處理過(guò)的分子篩于可溶性鐵鹽溶液中浸漬，之后干燥、焙燒，得到含鐵的碳納米管制備用催化劑；再在上述催化劑作用下，以有機(jī)胺為碳源和氮源，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備氮摻雜碳納米管CNx；

（2）碳納米管基磁性納米復(fù)合材料的制備

①?將步驟（1）制備得到的氮摻雜碳納米管CN_X用NaOH或HF處理，去除其中殘留的分子篩；