專利名稱：在聚合物中形成磁性納米顆?；瘜W(xué)改性分散體的方法
在聚合物中形成磁性納米顆?；瘜W(xué)改性分散體的方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種形成和定向在聚合物基體中的磁性納米顆粒的化學(xué) 改性分散體的方法。發(fā)明背景磁性納米顆粒分散于聚合物薄膜中形成磁帶中的活性記錄層。為了增 強(qiáng)數(shù)據(jù)的密度以在這種復(fù)合的薄膜中磁性存儲，期望使用小(納米級)顆粒，其具有高載荷量(>50%重量)，并將這些納米顆粒均勻的分散于聚合 物基體中。此外，納米顆粒在室溫下必須是具有大磁偶極子的鐵磁性的以 用于存儲數(shù)據(jù)。在聚合物基體中均勻地分散這些鐵磁性納米顆粒是個問 題，因為顆粒間強(qiáng)大的磁力傾向于引入聚集和團(tuán)聚，需要一種制備在聚合 物基體中良好分散磁性納米顆粒的方法。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種方法，包含 提供一種在基體中包含納米顆粒的分散體，其中所述納米顆粒為非鐵磁性 納米顆粒，弱鐵磁性納米顆?；蚱浣M合；將所述分散體在第一溫度TFM下退火，從而使所述^t體中的任何非鐵磁 性納米顆粒轉(zhuǎn)化為鐵磁性納米顆粒，并且在所述分散體中加強(qiáng)任何弱鐵磁 性納米顆粒的鐵一磁性；且所述退火之后，將磁場應(yīng)用于所述分散體以定向(align)所述納米顆粒， 其中將所述分散體加熱到第二溫度1\時，所述鐵磁性納米顆粒的易磁化 軸(magnetic easy axis )在基本相同的方向上取向(orient).本發(fā)明還涉及一種方法，包含 提供非鐵J茲性納米顆粒，所述納米顆粒各自具有外表面； 官能化所述納米顆粒的所ii^面；提供一種聚合物，其中所述聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有至少一個官能團(tuán)； 所述官能化之后，在所述聚合物中形成所述非鐵磁性納米顆粒的分散體； 向所述聚合物的所述納米顆粒中引入鐵磁性，從而將所述非鐵磁性納米顆 粒轉(zhuǎn)化為4失^磁性納米顆粒；且定向所述鐵磁性納米顆粒以使所述鐵磁性納米顆粒的易磁化軸在基本相 同的方向上取向。本發(fā)明涉及制備在聚合物基體中良好分散的磁性納米顆粒的方法。附圖概述本發(fā)明的特征列于權(quán)利要求中，然而當(dāng)與附圖相關(guān)聯(lián)閱讀時，發(fā)明本 身將通過參考以下說明性實施方案的細(xì)節(jié)描述而得到最佳理解。
圖1為流程圖，其圖解與本發(fā)明實施方案相一致的概括的方法步驟 10-15。圖2是與本發(fā)明實施方案相一致的基體中的納米顆粒分散體的圖解。圖3是與本發(fā)明實施方案相一致的基體中的納米顆粒分散體的圖解， 其中分散體可以是退火的。圖4是與本發(fā)明實施方案相一致的基體中的鐵磁性納米顆粒分散體的 圖解，其中4失磁性納米顆?？梢允峭嘶鸬摹D5是FePt納米顆粒的官能化反應(yīng)的圖解。發(fā)明詳述雖然本發(fā)明的某些實施方案將展示并詳細(xì)描述出來，但是應(yīng)該可以理 解不同的變化和改進(jìn)可以通過不背離附加權(quán)利要求的范圍而實現(xiàn)。本發(fā)明 的保護(hù)范圍并不僅限于指定的組分，它的原料，它的形狀，它的相對排列等等，并簡單公開作為實施方案的實施例。本發(fā)明的特點和優(yōu)點在附圖中 有詳細(xì)的圖解說明，其中類似的數(shù)字說明類似的元素并貫穿附圖的始終。 雖然附圖用于描述本發(fā)明，但是附圖并不必按比例繪出。圖1為本發(fā)明實施方案的流程圖，其圖解概括了方法步驟10-15，所 述實施方案提供了一種在聚合物基體中均勻分散鐵磁性或弱鐵磁性納米 顆粒的方法。納米顆?？啥x為具有固體組合物的顆粒且最小結(jié)構(gòu)直徑在 大約1納米(nm )到大約500nm的范圍內(nèi)。步驟10提供了 一種可以是非 鐵J茲性、弱鐵-磁性或其組合的納米顆粒。納米顆?？梢院袉为毜脑鼗?化合物、或者可以是兩種或多種不同元素或化合物的納米顆粒的混合物。 步驟11提供了一種用于納米顆粒分散體的聚合物基體，這種基體可以是大 分子化合物，例如聚合物。步驟12在基體中形成納米顆粒分散體，例如分散體可以通過在溶液中 使納米顆粒與聚合物結(jié)合或混合而形成，但是可以包括直接混合，例如當(dāng) 聚合物處于熔化或另外的流體狀態(tài)時，或者形成聚合物時在聚合反應(yīng)期 間。為了利于分散，在分散于基體之前，納米顆粒的外表面可以通過與官 能化試劑(例如官能化的表面活性劑)反應(yīng)而用化學(xué)官能團(tuán)官能化?；w中納米顆粒的結(jié)合可以在步驟13形成膜或其他固體形式以提供 在固體基體中的含有非鐵磁性納米顆粒的分散體，其中復(fù)合膜(包含具有 分散的納米顆粒的基體)的厚度可以在大約3納米(nm )和大約50微米 之間。膜可以制成磁帶用做磁性記錄介質(zhì)。膜的形成可以包括旋轉(zhuǎn)涂布、 刮粉刀涂布、浸漬涂布以及類似的方法，并且根據(jù)本發(fā)明的方法可以單獨 或聯(lián)合起來使用。圖2為納米顆粒21在基體22中的分散體23的圖解，此處分散體形成 了膜。通過加熱分散體23至溫度TFM，分散體23可以如圖1步驟14所示并 且在圖3中說明退火，其中將鐵磁性引入分散的非鐵磁性納米顆粒21中。 虧1入鐵磁性可以包括將晶體結(jié)構(gòu)從一相轉(zhuǎn)化為另 一相。這可以通過將它們轉(zhuǎn)化為鐵/茲性晶相而將非4失磁性納米顆粒21轉(zhuǎn)化為4失/磁性顆粒24。如果納米顆粒是弱鐵磁性的，將分散體加熱到tfm可以通過增加強(qiáng)鐵磁性相的比例而增強(qiáng)弱鐵磁性納米顆粒的鐵磁性，所述強(qiáng)鐵磁性相可以是已經(jīng)部分 存在的，從而將弱鐵磁性納米顆粒轉(zhuǎn)化為增強(qiáng)的或強(qiáng)的鐵磁性顆粒。特殊 的相可以包括依賴于制備納米顆粒的材料。對于給出類型和尺寸的納米顆 粒，可以通過分散體中納米顆粒的退火并記錄退火后在不同溫度下的x-射 線衍射圖案來看在什么溫度下制備得到所期望的相而實驗測定TFM。加熱 可以使用加熱裝置31實現(xiàn)，例如烤箱、加熱表面，輻射加熱設(shè)備，或任何 其他加熱分散體的裝置。Tfm可以在大約100。C和大約500。C之間的范圍 內(nèi)。聚合物基體22中的納米顆粒分散體21在向分散體21引入或增強(qiáng)磁性 之前可以降低納米顆粒的聚集，所述聚集可以由強(qiáng)的顆粒間鐵磁性吸《1所 導(dǎo)致。這種方法可以提供一種均勻且一致的分散體，其中的納米顆粒基本 相互分離。作為固體膜，聚合物基體中納米顆粒的運(yùn)動可以限制為局部旋 轉(zhuǎn)，而納米顆粒整體的移動和聚集可以禁止。向固體相中引入磁性可以允 許已經(jīng)均勻地分散在聚合物基體中的鐵磁性納米顆粒24的形成。鐵磁性納米顆粒24可以如步驟15當(dāng)加熱到溫度TA時，通過將磁場 應(yīng)用于分散體23進(jìn)行定向，并且圖解于圖4中。當(dāng)定向納米顆粒24時， 它們的易磁化軸基本可以在相同的方向上取向。例如，對于磁帶的情況， 納米顆粒的易磁化軸可以定向為垂直于帶的平面。在第二個實施例中，定 向的納米顆粒的易磁化軸可以在與帶平面平行的平面并且沿著帶的長度 取向。納米顆粒24可以在定向期間運(yùn)動或物理旋轉(zhuǎn)，其中可以包括聚合物 基體22可逆鍵(例如氬鍵)的斷裂和重組，還可以通過加熱到Ta而得到 促進(jìn)。納米顆粒24和聚合物基體22之間的化學(xué)相互作用，其可以有利于 均勻的分散，在TA下可以有足夠的不穩(wěn)定性，以允許在受到所應(yīng)用的磁 場41的影響下，納米顆粒24在聚合物基體24中旋轉(zhuǎn)。假如不抑制納米顆 粒在聚合物基體22中的旋轉(zhuǎn)，例如通過顆粒的聚集、聚合物基體的剛性，或位阻，這樣的定向可以發(fā)生。定向納米顆粒24的磁場41的強(qiáng)度可以在 500奧斯特(Oe)和20千奧斯特(KOe)之間，Ta可以在大約50。C和大 約500。C之間的范圍內(nèi)。T兩和Ta可以隨著聚合物的組成、納米顆粒的組成以及摻雜物的濃度 和類型而變化，T兩可以Ta高于，低于Ta，或在基本相同的溫度下進(jìn)行 定向納米顆粒和向納米顆粒中引入鐵磁性，此處Tfm和Ta可以是基本相 同的溫度。特殊的顆粒-基體間相互作用可阻礙顆粒的聚集，而允許顆粒在基體中 旋轉(zhuǎn)以利于引入磁場的納米顆粒定向，甚至在高加載量，例如高于50%重 量的納米顆粒濃度下。在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，納米顆粒的加載量可以在 大約5%到大約99%重量濃度的范圍內(nèi)。通過納米顆粒和聚合物之間的熱 可逆相互作用可以達(dá)到期望的條件，例如通過納米顆粒官能化表面和聚合 物之間的化學(xué)促進(jìn)相互作用。這種相互作用可以包括納米顆粒對聚合物化 學(xué)結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)優(yōu)先的親合力，通過分子間力，例如偶極-偶極力、氫鍵、 離子鍵、其組合以及任何可以阻礙顆粒聚集的分子間力而達(dá)到。官能化納米顆粒表面上的官能團(tuán)可以與聚合物中的官能團(tuán)優(yōu)先形成 鍵(例如氫鍵)。聚合物和納米離子上的官能團(tuán)可以選擇以使聚合物官能 團(tuán)自己之間或納米顆粒官能團(tuán)自己之間的相互作用最小化，而有利于聚合 物和納米顆粒官能團(tuán)之間的互補(bǔ)相互作用。與互補(bǔ)相互作用相對的自身相 互作用的強(qiáng)度可以實驗測定，例如通過核磁共振(NMR)傳。表示相互作 用的強(qiáng)度的締合常數(shù)Ka可以從這些實驗對于每一個氫鍵之間的相互作用 進(jìn)行測定。較大的Ka值可以表示官能團(tuán)之間較強(qiáng)的相互作用。當(dāng)在溶液 或固體膜中時，聚合物和納米顆粒官能團(tuán)之間的優(yōu)先鍵合可以防止納米顆 粒的聚集，因為與納米顆粒相聯(lián)的官能團(tuán)可以具有與那些其他的納米顆粒 表面相比較高的與聚合物官能團(tuán)的親合力。在不存在優(yōu)先鍵合的地方，納 米離子可以與另一個完全鍵合并在溶液或固體膜基體中形成巨大的簇。與 聚合物官能團(tuán)的優(yōu)先親合力可以允許增加納米顆粒在聚合物中的溶解性，并且同樣的可以提供較高的膜加載量。優(yōu)先親合力可以通過在聚合物的化 學(xué)結(jié)構(gòu)中包括特殊的官能團(tuán)而獲得，例如含氮基團(tuán)，比如胍鹽(guanidinium )、尿嗜啶基(uracilyl )、脲、亞胺、酰胺或胺基團(tuán)。這種 含有氮的官能團(tuán)可以選擇性的與在所述的官能化的納米顆粒的表面上的 羧酸鹽、羥基或其他相似的含氧基團(tuán)相成氫鍵。相似的優(yōu)先鍵合可以從其 他的可以顯示出氫鍵合的官能團(tuán)上觀察到。在定向納米顆粒期間要求的溫度TA可以通過選擇在基體中的官能團(tuán) 以及納米顆粒上的官能團(tuán)而定制。納米顆粒與基體之間的鍵合強(qiáng)度可以直 接影響要求的溫度。溫度或熱能要求可以既與相互作用的強(qiáng)度(例如氫鍵 合)又與存在于納米顆粒和聚合物基體之間的相互作用的數(shù)量相關(guān)。例如， 較強(qiáng)的氫鍵合會要求較高的溫度以克服納米顆粒-基體的吸引力，并允許在 定向期間納米顆粒的運(yùn)動。最小量的熱能可以是斷裂氬鍵合的相互作用所 要求的。適當(dāng)?shù)倪x擇氬鍵合相互作用，例如基于相互作用的強(qiáng)度，可以允 許調(diào)整所要求的TA。納米顆粒中摻雜物(例如摻雜了鐵-鉑的金與摻雜了鐵-鉑的銻)的濃 度和類型會影響所要求的向納米顆粒中引入鐵磁性的TVm植。鐵磁性的引 入可以伴隨著納米顆粒晶相的改變，例如，舉例來說變?yōu)榱切尉o密填充 相(hexagonal close packed phase, hcp)。納米顆粒結(jié)構(gòu)中摻雜物的濃度 和組成會影響晶相結(jié)構(gòu)改變所需要的能量。在納米顆粒中存在摻雜物會降 低向納米顆粒中引入鐵磁性所需要的溫度，此處降低溫度可以進(jìn)一步降低 在引入的過程中聚合物熱降解的可能性。本發(fā)明可以使用至少在高達(dá)TVm和Ta時穩(wěn)定的熱穩(wěn)定聚合物基體物 質(zhì)。聚合物基體較高的熱穩(wěn)定性可以為基體提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以加熱以向非 鐵磁性納米顆粒中引入鐵磁性或增強(qiáng)弱鐵磁性納米顆粒的鐵磁性。具有低 熱穩(wěn)定性的聚合物基體在Tfm和TA下不夠穩(wěn)定以在退火或定向過程中幸 存并且會分解。在本發(fā)明的 一 個實施方案中，聚合物基體可以是根據(jù)下列反應(yīng)合成的<formula>formula see original document page 13</formula>其中n在大約8和大約200之間，且此處R可以是:或可以理解在上面的反應(yīng)中，化合物I與化合物II在化合物III的存在 下反應(yīng)得到化合物IV。以下方程式表示上述方程式1的反應(yīng)，此處VI其中n在8和200之間。實施例1.裝有氮氣入口、高架攪拌器和Dean Stark分水器的50ml 三口圓底燒瓶注入一當(dāng)量(lg， 4.4亳摩爾(mmol))的III (2，2-二 ( 4-羥苯基)丙烷)和一當(dāng)量的I( 4,4，-二氟苯甲酮)(0.8728g, 4.0 mmol)( 90% ) 與5-氨基尿嘧啶基酮亞胺V (0.144g， 0.44 mmol) (10%)的混合物。加 入12毫升(ml)的N，N-二甲基甲酰胺(DMF )，然后是磨細(xì)的碳酸鉀(5.0g) 和甲苯(20ml )。攪拌并加熱到140°C反應(yīng)24小時，之后收集Dean Stark 分水器中的曱苯并將溫度升高到160°C反應(yīng)24小時。變得極其粘稠的混 合物溶解于四氫呋喃中并用曱醇(500ml)沉淀以得到淺棕色的脆性固體(1.28g )。二氟酮亞胺II可以通過下列 一般反應(yīng)合成:實施例2.在本發(fā)明的一個實施方案中，二氟酮亞胺單體可以根據(jù)以上方程式合成，此處R為T。向250ml三口圓底燒瓶中注入4,36g (0.02 摩爾(mol))的4，4，-二氟苯甲酮和5當(dāng)量的1，4-苯二胺(10.81g， O.lmmol )。反應(yīng)物在,二甲苯(120ml)中攪拌，且催化劑量的/7-二甲苯磺酸((K20g，5%重量/重量)加入到溶液中。燒瓶裝有氮氣入口和Dean Stark裝置，且反應(yīng)混合物允許在140。C攪拌大約24小時。其后，深棕色的溶液允許冷卻到室溫并在真空下除去溶劑。產(chǎn)物從過量的1,4-苯二胺起始原料中通過粗反應(yīng)混合物使用乙酸乙酯/正己垸流過硅膠柱分離。含有純二氟酮亞胺產(chǎn)物的部分在真空下干燥以得到鮮黃色固體(3.58g， 58%的產(chǎn)率)。實施例3.在本發(fā)明的一個實施方案中，單體N- (5-尿嘧咬基)-4，4，-二氟苯甲酮亞胺IX可以根據(jù)下列反應(yīng)合成<formula>formula see original document page 16</formula>向裝有高架攪拌器的圓底燒瓶中， 一起注入1.16克(0.009)的5-氨 基尿嘧咬和6克(0.027mol)的4，4，-二氟苯甲酮，并用50/50 (體積/體積) 的n-甲基吡咯烷酮/n-環(huán)己基吡咯烷酮溶劑混合物洗滌，且加熱到180。C反 應(yīng)3天。混合物在正己烷中分離并從異丙醇中重結(jié)晶兩次，產(chǎn)物用異丙醇 沖洗，抽氣干燥并在烘箱中真空干燥過夜。實施例4.在本發(fā)明的一個實施方案中，二氟脲單體VII可以根據(jù)下列 反應(yīng)合成1，4-苯二胺酮亞胺(0.308g， lmmol)溶解于甲苯(35ml)中，加入 1-異氰酸丁烷(0.115g, lmmol)，且反應(yīng)允許在100。C下攪拌24小時。然 后黃色的溶液允許冷卻到室溫且溶劑在真空下除去以得到黃色固體 (0.32g, 78%的產(chǎn)率)。1，4-苯二胺酮亞胺(1.233g， 4mmo1 )、 l-F-吡唑-l-酰胺(0.586g， 4mmo1) 和硝基苯(1.0ml)的混合物在160。C下回流5小時，冷卻到室溫后，加入 二乙醚(10ml)并在冷藏大約1小時后分離為棕色油狀的粗產(chǎn)物，上清液 用潷析的方法除去，且剩余物在正空下干燥。本發(fā)明的一個實施方案中，聚合物基體可以根據(jù)下列反應(yīng)合成實施例5.在本發(fā)明的一個實施方案中, 下列反應(yīng)合成<formula>formula see original document page 18</formula>此處n可以在大約8和大約200之間，且此處R1可以是0Wo ，和其他相似的結(jié)構(gòu)。上述二氟化的單體X可以根據(jù)以下實施例合成'實施例5.在本發(fā)明的一個實施方案中，單體XI (1，3-二 (4-氟苯曱酰 胺)苯可以根據(jù)以下反應(yīng)合成1，3-苯二胺(10.8g， O.lmol)溶解于500ml 二氯曱烷中，并加入三乙 胺(28.0ml， 20.2g, 0.2mol),在4-氟苯曱酰氯(24.0ml, 31.7g， 0.2mol)在大約30分鐘的過程中逐滴加入之前溶液在0。C下冷藏。0。C下攪拌2小 時后，溶液允許加熱到室溫(大約25°C)并攪拌18個小時。最后得到的 沉淀通過過濾和抽氣干燥分離，沉淀重新懸浮于300ml回流的乙醇中30 分鐘，然后冷卻，通過過濾分離，用乙醇沖洗，抽氣干燥并在烘箱中真空 干燥過夜。得到32.0g白色粉末。實施例6.在本發(fā)明的一個實施方案中，單體2，6-二 (4-氟苯甲酰胺) 吡啶XII可以根據(jù)下列反應(yīng)合成o2，6-二氨基吡啶(10.9g， O.lmol)溶解于500ml二氯甲烷中，并加入 三乙胺(28.0ml， 20.2g， 0.2mol )，在4-氟苯曱酰氯(24.0ml， 31.7g, 0.2mol) 在大約30分鐘的過程中逐滴加入之前溶液在0°C下冷藏，在0°C下攪拌2 小時后，溶液允許加熱到室溫(大約25°C)并攪拌18個小時。最后得到 的沉淀通過過濾和抽氣干燥分離，沉淀重新懸浮于300ml回流的乙醇中30 分鐘，通過過濾分離，用乙醇沖洗，抽氣干燥并在烘箱中真空干燥過夜。 得到34.0g白色晶體。非鐵磁性或弱鐵磁性納米顆?？梢詮牡⒉粌H限于從以下制得1) Co， Fe， Ni， 2) Co， Fe和M與Pd, Pt的化合物，以及3)所有這些物質(zhì)和化合物的Au或Sb摻雜物形式。FePt納米顆?？梢該诫sAu， Sb， Ag， Pd， Cr或Cu。 AlMn的納米顆?？梢栽诒景l(fā)明的范圍內(nèi)使用，包括其Au 和Sb的摻雜物形式。Ni和Mn也可以用做本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的摻雜物。 不同材料的納米顆?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明聯(lián)合使用。非鐵磁性或弱鐵磁性納米 顆?？梢愿鶕?jù)以下實施例合成。實施例7.在本發(fā)明的一個實施方案中，非鐵磁性或弱鐵磁性鈷(Co) 納米顆?？梢詮陌唆驶?Co2(CO)8)合成。Co2(CO)8 (0.54g)可以通 過劇烈的振動溶解于3ml o-二氯苯中制備前體溶液。盛有200微升油酸和 100毫克(ing)溶解于o-二氯苯的三(n-辛基)氧化膦的燒瓶可以在氮氣 中在182。C下加熱回流。前體溶液可以注入燒瓶中且反應(yīng)在回流下保持15 分鐘，然后通過移走熱源進(jìn)行冷卻。納米顆粒通過用乙醇沉淀和離心從溶 液中分離。為了有利于與聚合物基體之間的相互作用，納米顆粒可以用官能化的表面活性劑例如7- ( 5-尿嘧啶基-氨基甲?；?庚酸 <formula>formula see original document page 20</formula>?；?庚酸從5-氨基尿嘧啶與按化學(xué)計量量的辛二酸酐在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中制備。納米離子在酸的0.1MDMF溶液中攪拌48小時，然后從過量的7-(5-尿嘧咬基-氨基甲?；?庚酸中通過離心進(jìn)行分離。7- (5-尿嘧咬基-氨基甲 ?；?庚酸的尿嘧啶官能團(tuán)可以與聚合物基體中的含氮部分優(yōu)先形成氬 鍵，例如，舉例來說有胍鹽、尿嘧t基、脲、亞胺、酰胺或胺基。這種納 米顆粒與聚合物基體之間的熱可逆相互作用會阻礙顆粒聚集并且從而促 進(jìn)納米顆粒在基體中均勻的分散。由于氫鍵的可逆性而在顆粒定向期間納官能化，所述7- (5-尿嘧咬基-氨基甲米顆?？梢栽诨w中旋轉(zhuǎn)。通過在60°C攪拌12mg/ml的納米顆粒和3mg/ml的聚合物的環(huán)己烷溶 液24小時，官能化的納米顆?？梢跃鶆虻胤稚⒃诰酆衔锘w中，然后在 2000轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)下旋轉(zhuǎn)澆鑄(spin casting)這種組合物溶液60秒 成為薄膜并允許溶液蒸發(fā)。最后得到的膜可以是大約30nm厚，并具有80% 重量濃度的納米顆粒。納米顆粒中的鐵磁性可以通過在大約300。C的溫度TFM下，真空加熱 膜分散體3小時而引入或加強(qiáng)。這可以將納米顆粒轉(zhuǎn)化為鐵/磁性的、六角 形緊密填充相(hcp)。鐵>磁性納米顆?？梢酝ㄟ^對分散體在大約180°C的 溫度Ta下，應(yīng)用lOKOe的磁場3小時而在聚合物基體中定向。膜可以使 用放置于提供磁場的振動的試樣磁力計磁極之間的溫度控制的試樣臺加 熱。帶上的膜可以在，例如，在磁體的磁極之間的或一系列提供磁場的磁 體上的輻射加熱器上通過。實施例8.在本發(fā)明的一個實施方案中，非鐵磁性的或弱鐵磁性的摻雜 金的鐵-鉑(FePtAu)納米顆?？梢酝ㄟ^在氮氣中160。C下加熱含有98mg 的鉑(II)乙酸乙酯(Pt(acac)2)、 5mg的氯化金(III) (Au(Cl)3)、 240mg的 1-金剛烷羧酸、2.4g的十六烷胺以及10ml的苯醚的燒瓶而合成。66微升 的五羰基4失(Fe(CO)s)可以通過注射器加入，且溶液可以在大約3。C/分 鐘的速度下加熱到大約220。C。這一溫度可以保持大約1小時，然后溶液 可以回流(在大約260。C下)大約3小時。當(dāng)冷卻時，納米顆?？梢酝ㄟ^ 用乙醇沉淀和離心的方法從溶液中分離。為了有利于與聚合物基體之間的相互作用，納米顆?？梢杂霉杷猁}前 體官能化。圖5為使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)和四乙氧基珪烷 (TEOS)的上述合成的FePt納米顆粒官能化反應(yīng)的圖解。圖5描述了具 有覆蓋FePt核55的、胺官能化基團(tuán)的殼53的反應(yīng)物納米顆粒，如通過上 述合成步驟制備。切掉的部分51被拿開以展示FePt核55。產(chǎn)物納米顆粒被這樣制成可視的，即FePt核58可見，硅酸鹽前體殼54部分52切掉， 其中表面層含有-SiOH官能化的基團(tuán)57。納米顆?？梢酝ㄟ^結(jié)合400ml的lmM (亳摩爾)乙醇中的3-氨基丙 基三乙氧基硅烷溶液與10ml的在己烷中的以O(shè).lmg/ml濃度^ft的納米顆 粒用二氧化硅殼包覆。這一溶液可以攪拌2個小時，然后可以使用強(qiáng)磁體 分離納米顆粒并除去溶液。納米顆?？梢约尤氲?升280微升TEOS在二 苯醚中的溶液中。當(dāng)加入200ml去離子水時，溶液可以攪拌，之后再另外 攪拌3小時，當(dāng)除去溶液時，納米顆?？梢杂脧?qiáng)磁體收集，并可用乙醇洗 滌。官能化的納米顆粒通過在60。C下攪拌12mg/ml的納米顆粒和3mg/ml 的聚合物的環(huán)己烷溶液24小時可以均勻的分散在聚合物基體中，然后在 2000轉(zhuǎn)每分鐘下旋轉(zhuǎn)澆鑄這種復(fù)合溶液60秒成為薄膜并允許溶液蒸發(fā)。 最后得到的膜可以是大約30nm厚，并具有80%重量納米顆粒濃度。納米顆粒中的鐵磁性的引入或加強(qiáng)通過在TFM=400。C下，在含5%氫 氣的氬氣中(體積/體積)加熱^fL體而達(dá)到。當(dāng)在Ta溫度200。C下加熱 3小時期間，鐵磁性納米顆?？梢酝ㄟ^對分散體應(yīng)用lOKOe的磁場而定向。 膜可以使用放置于提供磁場的振動的試樣磁力計磁極之間的溫度控制的 試樣臺加熱。帶上的膜可以在例如磁體的磁極之間的或一系列提供磁場的 磁體上的輻射加熱器上通過。本發(fā)明前述實施方案描述的存在目的在于說明和描述，但并不旨在窮 盡或限制為以精確形式公開的本發(fā)明，且顯然許多改進(jìn)和變化是可能的。 那些對本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以是顯而易見的改進(jìn)和變化旨在包括在本發(fā) 明的通過附隨的權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包含提供在基體中包含納米顆粒的分散體，其中所述納米顆粒為非鐵磁性納米顆粒，弱鐵磁性納米顆?；蚱浣M合；將所述分散體在第一溫度TFM下退火，從而使所述分散體中的任何非鐵磁性納米顆粒轉(zhuǎn)化為鐵磁性納米顆粒，并且在所述分散體中加強(qiáng)任何弱鐵磁性納米顆粒的鐵磁性；且所述退火之后，將磁場應(yīng)用于所述分散體以定向所述納米顆粒，其中將所述分散體加熱到第二溫度TA時，所述鐵磁性納米顆粒的易磁化軸在基本相同的方向上取向。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述基體為聚合物。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中所述分散體構(gòu)成膜。
4. 權(quán)利要求3的方法，更進(jìn)一步包含在所述分散體的所述退火前從 所述膜形成^f茲帶。
5. 權(quán)利要求2的方法，其中所述膜具有的厚度范圍為大約3納米 (nm)到大約50微米。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中TFM和TA各自在大約50°C到大約500°C的范圍內(nèi)。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中所述基體中的所述納米顆粒為所述基體 中的非鐵磁性納米顆粒。
8. 4又利要求1的方法，其中所述基體中的所迷納米顆粒為所述基體 中的弱鐵磁性納米顆粒。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中所述納米顆粒具有在所述分散體中的大 約為5%和大約99%重量之間的濃度。
10. 3又利要求1的方法，其中所述磁場具有的磁性強(qiáng)度在大約500奧 斯特(Oe)和大約200000e之間。
11. ^又利要求1的方法，其中Tfm或者高于Ta或者低于Ta。
12. 權(quán)利要求l的方法，其中TFM和TA為基本相同的溫度。
13. —種方法，包含 提供非鐵磁性納米顆粒，所述納米顆粒各自具有外表面； 官能化所述非鐵磁性納米顆粒的所述表面；提供一種聚合物，其中所述聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有至少一個官能團(tuán)； 所述官能化之后，在所述聚合物中形成所述非鐵磁性納米顆粒的分散體； 向所述聚合物中的所述納米顆粒中引入鐵磁性，從而將所述非鐵磁性納米 顆粒轉(zhuǎn)化為鐵磁性納米顆粒；且定向所述鐵磁性納米顆粒以使所述鐵磁性納米顆粒的易磁化軸在基本相 同的方向上取向。
14. 權(quán)利要求13的方法，其中所述鐵磁性納米顆粒的所述表面的所 述官能化包含用官能化的表面活性劑、二氧化硅或其組合官能化所述表 面。
15. 權(quán)利要求14的方法，其中所述官能化的表面活性劑為7- (5-尿 嘧啶-氨基甲酰)庚酸。
16. 權(quán)利要求13的方法，其中所述至少一個官能團(tuán)包含含氮基團(tuán)。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中所述聚合物具有通式<formula>formula see original document page 3</formula>其中n在大約8到大約200之間，其中W選自
18.權(quán)利要求16的方法，其中所述聚合物具有通式其中n在大約8到大約200之間，其中R選自<formula>formula see original document page 5</formula>
19.權(quán)利要求13的方法，其中所述納米顆粒含有選自由Fe、 Co、 Ni、 AlMn以及其組合的物質(zhì)。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中所述物質(zhì)用Au、 Sb或其組合摻雜。
21. 權(quán)利要求13的方法，其中所述納米顆粒含有Pd、 Pt或其組合與 Fe、 Co、 Ni或其組合的化合物。
22. 權(quán)利要求21的方法，其中所述化合物用Au、 Sb或其組合摻雜。
全文摘要
本發(fā)明涉及在聚合物中形成磁性納米顆?；瘜W(xué)改性分散體的方法。提供了在基體內(nèi)的納米顆粒分散體，納米顆粒為非鐵磁性或弱鐵磁性的。分散體在T<sub>FM</sub>的溫度下退火，這將非鐵磁性的納米顆粒轉(zhuǎn)化為鐵磁性的納米顆粒，并在弱鐵磁性的納米顆粒中加強(qiáng)了鐵磁性，當(dāng)分散體加熱到T<sub>A</sub>溫度時，將磁場應(yīng)用于分散體以定向納米顆粒。
文檔編號C08K9/00GK101230142SQ20081000456
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者A·尼爾森, D·J·米利倫, J·L·海德里克, R·C·普萊特 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司