[發明專利]一種β-FeSi2納米六面體顆粒殼聚糖復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201710113825.8
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106867040B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 吳淑毅;單云;吳興龍;沈劍滄
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C08L5/08
• 分類號: C08L5/08;C08K7/00;C08K3/34;H01F1/40;H01F10/193;H01F41/30
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發明涉及一種β?FeSi₂納米六面體顆粒殼聚糖復合材料制備方法，將無水氯化亞鐵和硅片在800±10℃條件下反應，合成β?FeSi₂納米六面體顆粒；配置質量比0.2±0.03％的羧化殼聚糖水溶液；用移液槍吸取羧化殼聚糖水溶液滴涂在立方體顆粒薄膜表面；將滴涂后的薄膜放置在真空干燥箱中，室溫下干燥20min，形成結合緊密的復合薄膜，即β?FeSi₂納米六面體顆粒殼聚糖復合材料。復合材料具有增強的室溫鐵磁性，在磁性傳感、半導體自旋電子學、生物醫療等應用方面都極具潛力。

技術領域

本發明涉及一種具有增強的室溫鐵磁性的的β-FeSi₂納米六面體顆粒殼聚糖復合材料的制備方法，屬于磁性半導體領域。

背景技術

隨著科技的不斷發展，半導體和磁性材料得到了廣泛應用。半導體器件能夠快速地處理信息，而磁性材料通過磁化方向的保持可以在無能耗的條件下存儲信息。如果材料能夠集半導體特性和磁性于一身，就可以改變現有半導體集成電路加工處理信息、磁性材料磁盤存儲信息的模式。用磁性半導體做成的計算機核心部件，在處理數據的同時，可以進行數據的非易失性存儲，即使突然斷電，數據也不會丟失。

伴隨半導體產業的發展，超大規模集成電路芯片上的元器件數按照摩爾定律不斷增加，溝道長度從原來的微米量級發展到納米量級，會帶來漏電流增加、發熱量增大和寄生電容效應等問題，另外，隨著量子干涉效應的出現，器件的性能和可靠性會受到嚴重影響。眾所周知電子帶負電，電荷是電子的一個自由度；此外電子具有磁性，自旋是電子的另一個自由度。普通半導體中電子的自旋調控起來極其困難，而磁性半導體中磁性原子的自旋只需加上一個電流或者加上磁場就可實現調控。此外自旋之間的相互作用能比電荷之間的相互作用能要小1000倍，改變自旋更加容易。利用磁性半導體有望研發出數據處理速度快，耗電量低，集成度高且信息存儲“非易失”的新功能半導體自旋器件。

然而，現有的磁性半導體居里溫度低于室溫，Ⅲ-Ⅴ族稀磁半導體雖然實現了低溫原型器件功能，但最高居里溫度也僅為200K，無法滿足實際應用。因此，具有本征鐵磁性的磁性半導體的探索發現將對現有的信息產業結構模式帶來革命性的影響。我們課題組在該科學問題上也進行了不懈探索，合成了具有室溫鐵磁性的β-FeSi₂納米立方體 (Z.Q.He etal.,J.Am.Chem.Soc.2015,137,11419–11424.)。這種材料在自旋電子學、信息存儲和生物醫學(H.Lee et al.,J.Am.Chem.Soc.2007,129, 12739–12745；Y.Zhang et al.,Adv.Mater.2016,28,1387–1393.)等方面具有潛在應用。如果能夠進一步增強材料磁性，將進一步擴展材料用途。我們β-FeSi₂納米顆粒的磁性來源于表面，表面鐵原子層附近的局域磁矩與表面態巡游電子的相互作用可以引起強的室溫鐵磁性。如果能夠繼續增加費米能級附近的自旋態密度，將有利于磁性的進一步增加。有研究表明，將Fe₃O₄納米材料用石墨烯包裹后，復合結構的鐵磁性增強了大約100emu/g(D.Seifuet al.,Appl.Phys.Lett.2015,106,212401-1–-5.)；有機分子包裹金屬氧化物形成的復合結構可以誘導和增強室溫下的鐵磁性(M.A. Garcia et al.,Nano Lett.2007,7,1489–1494；J.H.Zhang et al.,Phys.Rev. B.2013,88,085437-1–-6.)。因此，同有機分子復合是增強磁性的一種有效方式。如果選擇的有機分子具有好的生物相容性，則可進一步擴展β-FeSi₂納米材料在生物分子探測、載藥、靶向治療等方面的應用。殼聚糖是天然的高分子材料，來源豐富、無毒且具有特殊的生理活性、較強的生物相容性和良好的可生物降解性，是包覆的上選材料。如果能夠通過將β-FeSi₂納米材料與殼聚糖復合來實現復合體系磁性的增強，這對材料應用的拓展將大有裨益。

發明內容