[發(fā)明專利]一種在低耐熱性材料表面原位生長Fe3O4納米線陣列的方法

在審

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• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108978187A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡江濤;張茂江;王明磊;吳國忠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類號: D06M11/49
• 分類號: D06M11/49;D06M14/28;D06M14/30;D06M14/22;D06M11/63;C08L51/00;C08K7/08;C08F259/08;C08F220/44;D06M101/20;D06M101/32;D06M101/06;D06M101/30
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;宋麗榮

本發(fā)明涉及一種在低耐熱性材料表面原位生長Fe₃O₄納米線陣列的方法，包括步驟：提供低耐熱性材料并在該低耐熱性材料的表面接枝聚丙烯腈分子鏈以得到接枝產(chǎn)物；接枝產(chǎn)物的聚丙烯腈分子鏈進(jìn)行氨肟化反應(yīng)形成偕胺肟基團(tuán)以得到胺肟化產(chǎn)物；Fe³⁺和Fe²⁺溶解于水中形成鐵離子溶液；將胺肟化產(chǎn)物加入鐵離子溶液中，使得胺肟化產(chǎn)物的偕胺肟基團(tuán)絡(luò)合鐵離子以實(shí)現(xiàn)對鐵離子的吸附，形成螯和混合溶液；將氨水溶液滴加到螯和混合溶液中并在60?70℃下反應(yīng)，得到在低耐熱性材料表面原位生長Fe₃O₄納米線陣列。根據(jù)本發(fā)明的在低耐熱性材料表面原位生長Fe₃O₄納米線陣列的方法，反應(yīng)條件溫和，高效地原位生長了具有磁各向異性的Fe₃O₄一維納米線陣列。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在低耐熱性材料表面定向生長一維金屬氧化物納米線陣列，更具體地涉及一種在低耐熱性材料表面原位生長Fe3O4納米線陣列的方法。

背景技術(shù)

近幾年來，一維金屬氧化物納米材料成為了科研工作者的研究熱點(diǎn)。其顯著的尺寸及形狀依賴效應(yīng)，導(dǎo)致其磁、光、聲、熱、電以及超導(dǎo)電性與宏觀特性有著顯著的不同。而隨著計算機(jī)技術(shù)及納米電子器件的發(fā)展，磁性納米線陣列的制備得到了越來越多的關(guān)注。磁性納米線陣列結(jié)構(gòu)具有明顯的磁各向異性，其易磁化軸方向垂直于納米線陣列平面并與納米線的軸線方向平行，這種磁各向異性的強(qiáng)度可以通過在實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)制備參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，目前已在數(shù)據(jù)記錄和自旋電子設(shè)備等方面得到廣泛的應(yīng)用。

四氧化三鐵又稱磁鐵礦，是一種應(yīng)用最為廣泛的過渡金屬氧化物磁性材料。由于其成本低、環(huán)境友好性，以及其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，既具有納米材料的性質(zhì)，又具有超順磁性等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個不同的領(lǐng)域，如催化、生物傳感器、磁共振成像、吸波材料、磁性記錄材料、磁流體、生物醫(yī)藥及鋰離子電池等。目前已有多種方法制備Fe₃O₄一維納米線陣列，如硬模板法、金屬蒸發(fā)、有機(jī)金屬化學(xué)法、電紡法及納米光刻技術(shù)等。但是，上述方法在制備Fe₃O₄一維納米線陣列的過程中，經(jīng)常遇到制備設(shè)備復(fù)雜、反應(yīng)溫度及壓力高、反應(yīng)時間長、試劑昂貴及制備過程對環(huán)境產(chǎn)生污染等問題。

最近，在低耐熱性的柔性基材表面(織物、塑料及紙張等)原位生長一維納米線陣列，以制備柔韌、質(zhì)輕的智能器件的研究引起了人們的極大興趣。目前研究較多的為在纖維或者織物表面原位生長ZnO納米線陣列，來制備具有自清潔、抗菌、鈾吸附等特殊功能的材料。ZnO易于制備一維納米線陣列，主要是由于ZnO具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，其具有六個穩(wěn)定的非極性(1010)面及一個不穩(wěn)定的(0001)極性面，這表明在氧化鋅晶體生長過程中易于沿著C軸方向快速生長。與氧化鋅不同，F(xiàn)e₃O₄納米線陣列非常難于制備，這主要是由于在生成Fe₃O₄的過程中Fe²⁺和Fe³⁺離子的沉降速度不同和磁鐵礦的各向同性結(jié)構(gòu)，沒有一個不穩(wěn)定的極性面，導(dǎo)致Fe₃O₄納米晶難于定向生長成一維納米線結(jié)構(gòu)。

目前，Srikanth報道了在SrTiO₃基材表面原位定向生長單晶Fe₃O₄納米線陣列。但是，其制備工藝存在極大的缺點(diǎn)。首先，F(xiàn)e₃O₄納米線陣列與SrTiO₃基材之間沒有化學(xué)鍵，這導(dǎo)致Fe₃O₄納米線陣列在基材表面的耐久性較差；其次，制備工藝需要高的反應(yīng)溫度，這極大的限制了其在低耐熱性材料中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容