一种基于交换偏置同轴磁纳米电缆的制备方法与流程

[0001]
本发明涉及磁性复合材料制备领域，具体涉及一种基于交换偏置同轴磁纳米电缆复合材料的制备方法。


背景技术：

[0002]
碳纳米管（cnts）主要由呈六边形排列的碳原子构成的单层或数层的同轴圆管构成，是特殊的一维中空的纳米结构，具有优良的耐热、耐腐蚀、耐冲击性能，传热和导电性能好，而且有自润滑性和生物相容性等一系列综合性能，自1991年被iijma发现以来已成为研究热点。
[0003]
同轴纳米电缆是由芯部为单体的纳米线，外层包覆异质纳米壳体，芯部纳米线和外部壳体共轴核壳体系组成。同轴纳米电缆兼具“一维”、“核-壳”和“同轴”三大特征，能够将各自的优势结合起来，使其综合性能最优化。同轴磁纳米电缆是由一维磁纳米材料组成的核壳体系，是一类重要的基础磁电子元器件材料，在超高密度磁记录、自旋电子器件、靶向药物传输、隧道结和催化传感器等领域颇具应用前景。
[0004]
同轴磁纳米电缆由于每个纳米材料的磁晶各向异性能会随着颗粒尺寸减小而减少，此时热扰动很容易使磁性纳米颗粒失去稳定的磁有序而变成超顺磁性，限制了磁性存储器件的进一步集成化和微型化发展。2003年，skumryev等报道[nature , 2003 , 423: 850-853] 利用铁磁/反铁磁界面的交换偏置效应可以克服铁磁材料中超顺磁行为。另外，碳化物功能因子具有弱铁磁性，可以进一步提高复合材料的矫顽力。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种基于交换偏置同轴磁纳米电缆的制备方法，该方法利用碳纳米管石墨层的同轴性与碳元素的还原性合成一种具有交换偏置效应多层同轴磁纳米电缆（碳纳米管/碳化物/铁磁金属/反铁磁氧化物，cnts/ni3c/ni/nio），构造壳/核/核/碳基四元磁纳米同轴结构，并引入碳化物功能因子，依靠反铁磁层与铁磁层间的交换偏置效应来提高材料的有效各向异性场，从而提高复合材料的矫顽力。
[0006]
为了实现上述目的，本发明提供一种同轴磁纳米电缆的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1）、cnts的准备：选取刚直结构的多壁cnts，利用浓硝酸在120~150 ℃回流2 h，依次经过甲基二甲氧基硅烷、乙醇、蒸馏水超声分散后烘干以备用；2）、nio/cnts的制备：一、将适量的ni(no3)2•
6 h2o和cnts溶于一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液中超声分散30 min，然后在80 ℃水浴充分搅拌均匀后逐滴加入一定量的nh3·
h2o得到共混物；二、将共混物移入具有磁场的反应釜，置换一定压强的co2后将反应釜放进油浴锅中搅拌反应一段时间；三、所得产物过滤后放入马弗炉中200~250℃煅烧1~3 h；四、待样品冷却后用蒸馏水清洗碳纳米管表面的镍盐，然后在5000~10000 r
·
min-1
的转速离心分离，80℃真空烘干得到nio/cnts前驱体；
所述的一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液的比例为1:1~1:3；所述的磁场的方向与搅拌方向垂直，磁场的大小为0.5~1 t；所述的置换co2的压强为0.1~0.5 mpa；所述的油浴锅中搅拌的速率为400 r/min，温度为150~250 ℃，反应时间为10~24h；3）、cnts/ni3c/ni/nio的制备：把步骤2）得到的材料放到管式炉中，在空气中以5 ℃/min的速率升温至250~300 ℃保温1 h，然后通入氩气，以5 ℃/min的速率升温至550~750 ℃保温30 ~300 min，自然冷却得到cnts/ni3c/ni/nio复合材料。
[0007]
本发明优点：本发明的方法无需通氢气还原，直接利用cnts碳元素还原得到铁磁层，并包含了弱铁磁层碳化物功能因子，且反铁磁层、铁磁层和碳化物层的微结构可控，进而可以调控同轴磁纳米电缆的交换偏置效应性能，同时cnts为壳层使复合材料性能更稳定。
附图说明
[0008]
图1是实施例制备的cnts/ni3c/ni/nio复合材料在h
fc
=10 koe的场冷至10 k的m-h图，从图中可以获得复合材料的矫顽力和交换偏置场。
具体实施方式
[0009]
下面是结合实施例对本发明进行详细描述，以便更好地理解本发明的目的、特点和优点。虽然本发明是结合该具体实施例进行描述，但并不意味着本发明局限于所描述具体实施例。相反，对可以包括在本发明权利要求内所限定的保护范围内的实施方式进行替代、改进和等同的实施方式，都属于本发明的保护范围。对于未特别标注的工艺参数可按常规技术进行。
[0010]
实施例1：一种基于交换偏置同轴磁纳米电缆的制备方法，具体是按以下步骤完成的：1）、cnts的准备：选取刚直结构的多壁cnts，利用浓硝酸在150 ℃回流2 h，依次经过甲基二甲氧基硅烷、乙醇、蒸馏水超声分散后烘干以备用；2）、nio/cnts的制备：一、将2 mmol ni(no3)2•
6 h2o和10 mg cnts溶于一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液中超声分散30 min，然后在80 ℃水浴充分搅拌均匀后逐滴加入4 mmol nh3·
h2o得到共混物；二、将共混物移入具有磁场的反应釜，置换co2后将反应釜放进油浴锅中搅拌反应；三、所得产物过滤后放入马弗炉中200℃煅烧3 h；四、待样品冷却后用蒸馏水清洗碳纳米管表面的镍盐，然后在10000 r
·
min-1
的转速离心分离，80℃真空烘干得到nio/cnts前驱体；所述的一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液的比例为1:1；所述的磁场的方向与搅拌方向垂直，磁场的大小为0.5t；所述的置换co2的压强为0.1 mpa；所述的油浴锅中搅拌的速率为400 r/min，温度为200 ℃，反应时间为15 h；3）、cnts/ni3c/ni/nio的制备：把步骤2）得到的材料放到管式炉中，在空气中以5 ℃/min的速率升温至250 ℃保温1 h，然后通入氩气，以5 ℃/min的速率升温至750 ℃保温30 min，自然冷却得到cnts/ni3c/ni/nio复合材料。
[0011]
对实施例1所制备的样品在h
fc
=10 koe的场冷至10 k测试m-h图，从图中可以获得复合材料的矫顽力hc为431 oe和交换偏置场h
e
为94 oe。
[0012]
实施例2：一种基于交换偏置同轴磁纳米电缆的制备方法，具体是按以下步骤完成的：1）、cnts的准备：选取刚直结构的多壁cnts，利用浓硝酸在150 ℃回流2 h，依次经过甲基二甲氧基硅烷、乙醇、蒸馏水超声分散后烘干以备用；2）、nio/cnts的制备：一、将2 mmol ni(no3)2•
6 h2o和20 mg cnts溶于一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液中超声分散30 min，然后在80 ℃水浴充分搅拌均匀后逐滴加入4 mmol nh3·
h2o得到共混物；二、将共混物移入具有磁场的反应釜，置换co2后将反应釜放进油浴锅中搅拌反应；三、所得产物过滤后放入马弗炉中250℃煅烧1 h；四、待样品冷却后用蒸馏水清洗碳纳米管表面的镍盐，然后在5000 r
·
min-1
的转速离心分离，80℃真空烘干得到nio/cnts前驱体；所述的一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液的比例为1:1；所述的磁场的方向与搅拌方向垂直，磁场的大小为1t；所述的置换co2的压强为0.5 mpa；所述的油浴锅中搅拌的速率为400 r/min，温度为150 ℃，反应时间为24 h；3）、cnts/ni3c/ni/nio的制备：把步骤2）得到的材料放到管式炉中，在空气中以5 ℃/min的速率升温至300 ℃保温1 h，然后通入氩气，以5 ℃/min的速率升温至550 ℃保温300 min，自然冷却得到cnts/ni3c/ni/nio复合材料。
[0013]
对实施例2所制备的样品在h
fc
=10 koe的场冷至10 k测试m-h图，从图中可以获得复合材料的矫顽力hc为319 oe和交换偏置场h
e
为51 oe。
[0014]
实施例3：一种基于交换偏置同轴磁纳米电缆的制备方法，具体是按以下步骤完成的：1）、cnts的准备：选取刚直结构的多壁cnts，利用浓硝酸在120 ℃回流2 h，依次经过甲基二甲氧基硅烷、乙醇、蒸馏水超声分散后烘干以备用；2）、nio/cnts的制备：一、将2 mmol ni(no3)2•
6 h2o和10 mg cnts溶于一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液中超声分散30 min，然后在80 ℃水浴充分搅拌均匀后逐滴加入4 mmol nh3·
h2o得到共混物；二、将共混物移入具有磁场的反应釜，置换co2后将反应釜放进油浴锅中搅拌反应；三、所得产物过滤后放入马弗炉中220℃煅烧2 h；四、待样品冷却后用蒸馏水清洗碳纳米管表面的镍盐，然后在8000 r
·
min-1
的转速离心分离，80℃真空烘干得到nio/cnts前驱体；所述的一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液的比例为1:3；所述的磁场的方向与搅拌方向垂直，磁场的大小为0.8 t；所述的置换co2的压强为0.1 mpa；所述的油浴锅中搅拌的速率为400 r/min，温度为250 ℃，反应时间为10 h；4）、cnts/ni3c/ni/nio的制备：把步骤2）得到的材料放到管式炉中，在空气中以5 ℃/min的速率升温至280 ℃保温1 h，然后通入氩气，以5 ℃/min的速率升温至600 ℃保温100 min，自然冷却得到cnts/ni3c/ni/nio复合材料。
[0015]
对实施例3所制备的样品在h
fc
=10 koe的场冷至10 k测试m-h图，从图中可以获得
复合材料的矫顽力hc为390 oe和交换偏置场h
e
为65 oe。
[0016]
实施例4：一种基于交换偏置同轴磁纳米电缆的制备方法，具体是按以下步骤完成的：1）、cnts的准备：选取刚直结构的多壁cnts，利用浓硝酸在120 ℃回流2 h，依次经过甲基二甲氧基硅烷、乙醇、蒸馏水超声分散后烘干以备用；2）、nio/cnts的制备：一、将2 mmol ni(no3)2•
6 h2o和15 mg cnts溶于一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液中超声分散30 min，然后在80 ℃水浴充分搅拌均匀后逐滴加入4 mmol nh3·
h2o得到共混物；二、将共混物移入具有磁场的反应釜，置换co2后将反应釜放进油浴锅中搅拌反应；三、所得产物过滤后放入马弗炉中200℃煅烧3 h；四、待样品冷却后用蒸馏水清洗碳纳米管表面的镍盐，然后在7000 r
·
min-1
的转速离心分离，80℃真空烘干得到nio/cnts前驱体；所述的一缩二乙二醇与二乙醇胺的混合溶液的比例为1:3；所述的磁场的方向与搅拌方向垂直，磁场的大小为1 t；所述的置换co2的压强为0.1 mpa；所述的油浴锅中搅拌的速率为400 r/min，温度为200 ℃，反应时间为15 h；3）、cnts/ni3c/ni/nio的制备：把步骤2）得到的材料放到管式炉中，在空气中以5 ℃/min的速率升温至300 ℃保温1 h，然后通入氩气，以5 ℃/min的速率升温至750 ℃保温200 min，自然冷却得到cnts/ni3c/ni/nio复合材料。
[0017]
对实施例4所制备的样品在h
fc
=10 koe的场冷至10 k测试m-h图，从图中可以获得复合材料的矫顽力hc为354 oe和交换偏置场h
e
为54 oe。