專利名稱：一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于磁性金屬材料的制備方法這一技術領域，特別屬于碳包覆磁性金屬納米材料這一技術領域。
背景技術：
磁性金屬納米材料在高密度磁記錄器件、磁流體、磁致冷體系、磁效應成像、靶向藥物載體、催化劑等領域有著非常重要的應用。但由于其高表面能及粒子間強相互作用，磁性金屬納米粒子非常容易氧化和團聚。在不采取保護措施下，磁性金屬納米粒子暴露于空氣中會立即氧化甚至“自燃”。這已經成為影響其應用的一個重要環節。一個有效的防止其氧化和團聚的措施就是在納米粒子外圍包覆碳殼層。由于碳殼可以在很小的空間禁錮金屬物質，可避免環境對納米材料的影響，減小粒子間的相互作用，解決了磁性金屬納米粒子易團聚和在空氣中不能穩定存在的問題。另外由于碳包覆層的存在，有望提高磁性金屬與生物體之間的相容性，因而在醫學方面具有廣闊的應用前景。此外，依據磁性金屬粒子和碳基體的不同，該材料可望用作磁記錄材料、電波屏蔽材料、氧化還原催化劑。
傳統的制備碳包覆磁性金屬納米材料是利用物理手段像電弧放電技術、離子束濺射法、電子束照射法、激光蒸發法、等離子體蒸發法，氣相沉積法，熱解法，含金屬的炭凝膠爆炸法等，這些方法使用的設備復雜、耗能大、成本高、操作繁瑣、制備溫度高、反應劇烈、副產物多，因而難以實現大規模生產。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種成本低、操作簡單的碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法。
本發明解決技術問題的技術方案包括磁性金屬納米粒子制備過程、碳包覆過程，所述的碳包覆過程為將磁性金屬納米粒子制備過程的產物加入到碳水化合物的水溶液中，混合均勻，再升溫至160℃以上，反應不小于2小時，分離、洗滌、干燥即可。
所述的磁性金屬為鐵、鎳、或鈷中的一種或兩種以上的組合。
所述的碳水化合物為葡萄糖、環糊精、蔗糖，最優選的碳水化合物為葡萄糖。
所述升溫溫度為160-180℃。
所述溶解碳水化合物的水經過脫氧氣的處理。
所述的磁性金屬納米粒子制備過程為在惰性氣體的保護下、將磁性金屬鹽用相應的溶劑溶解，再加入還原劑，反應不小于30分鐘，分離、洗滌即可。
所述的惰性氣體為氬氣、氮氣；所述的還原劑為肼的氫氧化鈉溶液。
所述發明的碳化原理遵循LaMer模型。葡萄糖在水熱條件下，先形成芳香簇化合物和寡糖，當達到臨界過飽和態，形成的芳香簇化合物和寡糖以磁性金屬納米粒子為核生長，即在磁性金屬微粒表面形成一包覆層，進而脫水碳化，包覆層碳化成碳層，形成碳包覆磁性金屬納米材料。
本發明與現有技術相比具有以下的優點由于液相碳化條件溫和，溫度低，磁性金屬納米粒子的形態、晶型不發生變化，因此可以得到各種形態、晶型的碳包覆磁性金屬納米粒子，并避免了碳化物的生成；同時通過控制碳水化合物和磁性金屬納米粒子的比例可以非常容易的控制碳層厚度，生產裝置簡單、制備周期短、耗能小、成本低、反應參數容易控制。
圖1為碳包覆鐵鎳合金納米材料的透射電鏡(TEM)圖。
圖2為碳包覆金屬鈷納米材料的透射電鏡(TEM)圖。
具體實施例方式
下面是本發明非限定制備實施例，通過這些實施例對本發明作進一步描述。
所用的試劑均可從市場上購買。
碳包覆磁性納米材料的厚度通過可以通過電子顯微鏡直接進行測量。
實施例1在氬氣保護下，1.9568g CoCl2·6H2O完全溶于20mL無水乙醇，在攪拌的同時加入還原劑，所述的還原劑由85％重量濃度的NH2-NH2·H2O水溶液12mL和2.0382g NaOH組成。在35℃反應30分鐘，將得到的產物離心分離，依次用水和乙醇洗滌二次，得到樹枝狀的金屬鈷340mg。
取40mg所得金屬鈷置于40mL 0.13M的葡萄糖水溶液中。超聲15分鐘，將混合物置于聚四氟乙烯的反應釜中。于160℃反應16小時。室溫自然冷卻，離心分離，依次用水和丙酮洗滌二次，室溫真空干燥。即可得到碳包覆樹枝狀鈷材料，碳包覆厚度約250納米。
實施例2取實施例1中所得樹枝狀金屬鈷160mg置于40mL 0.13M的葡萄糖去氧水溶液中，超聲15分鐘后，將混合物置于聚四氟乙烯的反應釜中，于180℃反應16小時，室溫自然冷卻，離心分離，依次用水和丙酮洗滌，室溫真空干燥。可得到碳包覆樹枝狀鈷材料，碳包覆厚度約100納米。
在實施例1和2中，通過控制葡萄糖與金屬鈷的重量可以得到不同的碳包覆厚度。
實施例3在氬氣保護下，0.1396g FeSO4·7H2O和0.1492g NiSO4·6H2O完全溶入10mL水，再加入1.3601g聚乙二醇(Mw＝20000)和0.5mL環己烷，室溫超聲80分鐘，再將混合液加熱到78℃，加入還原劑，所述的還原劑由85％重量濃度的NH2-NH2·H2O水溶液5mL和1.0352g NaOH組成，反應30分鐘，得到黑色樣品，經離心分離，水、乙醇洗滌二次，得到鐵鎳合金納米粒子50mg，直徑約35納米。
將19.6mg所得鐵鎳合金納米粒子置于38mL去氧水中，再溶進3.0159g葡萄糖，超聲15分鐘后，將混合物置于聚四氟乙烯的反應釜中，于170℃反應3.5小時。室溫自然冷卻，離心分離，依次用水和丙酮洗滌二次，室溫真空干燥，即可得到碳包覆鐵鎳合金納米材料，碳包覆厚度約12納米。
實施例4在氬氣保護下，0.1157g FeSO4·7H2O和0.1096g CoSO4·6H2O完全溶入10mL水，再加入1.3587g聚乙二醇(Mw＝20000)和0.5mL環己烷，室溫超聲80分鐘，再將混合液加熱到78℃，加入還原劑，所述的還原劑由85％重量濃度的NH2-NH2·H2O水溶液5mL和1.0452g NaOH組成，反應30分鐘，得到黑色樣品，經離心分離，水、乙醇洗滌二次，得到鐵鈷合金納米粒子47mg，直徑約35納米。
將20.5mg所得鐵鈷合金納米粒子置于38mL去氧水中，再溶進3.0123g葡萄糖，超聲15分鐘后，將混合物置于聚四氟乙烯的反應釜中，于170℃反應3.5小時，室溫自然冷卻，離心分離，依次用水和丙酮洗滌二次，室溫真空干燥，即可得到碳包覆鐵鈷合金納米材料，碳包覆厚度約12納米。
權利要求
1.一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法包括磁性金屬納米粒子制備過程、碳包覆過程，其特征在于所述的碳包覆過程為將磁性金屬納米粒子制備過程的產物加入到碳水化合物的水溶液中，混合均勻，再升溫至160℃以上，反應不小于2小時，分離、洗滌、干燥即可。
2.根據權利要求1所述的一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，其特征在于所述的磁性金屬為鐵、鎳、或鈷中的一種或兩種以上的組合。
3.根據權利要求1所述的一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，其特征在于所述的碳水化合物為葡萄糖、環糊精、蔗糖。
4.根據權利要求3所述的一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，其特征在于所述的碳水化合物為葡萄糖。
5.根據權利要求1所述的一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，其特征在于所述的升溫溫度為160-180℃。
6.根據權利要求1所述的一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，其特征在于所述溶解碳水化合物的水經過脫氧氣的處理。
7.根據權利要求1所述的一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，其特征在于所述的磁性金屬納米粒子制備過程為在惰性氣體的保護下、將金屬鹽用相應的溶劑溶解，再加入還原劑，反應不小于30分鐘，分離、洗滌即可。
8.根據權利要求1所述的一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，其特征在于所述的惰性氣體為氬氣、氮氣；所述的還原劑為肼的氫氧化鈉溶液。
全文摘要
本發明公開了一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，屬于磁性金屬材料的制備方法這一技術領域，包括磁性金屬納米粒子制備過程、碳包覆過程，所述的碳包覆過程為將磁性金屬納米粒子制備過程的產物加入到碳水化合物的水溶液中，混合均勻，再升溫至160℃以上，反應不小于2小時，分離、洗滌、干燥即可，本發明與現有技術相比具有以下的優點由于液相碳化條件溫和，溫度低，磁性金屬納米粒子的形態，晶型不發生變化，因此可以得到各種形態、晶型的碳包覆磁性金屬納米粒子，并避免了碳化物的生成；通過控制碳水化合物和磁性金屬納米粒子的比例可以非常容易的控制碳層厚度，生產裝置簡單、制備周期短、耗能小、成本低、反應參數容易控制。
文檔編號H01F41/00GK1951608SQ200510095009
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月21日 優先權日2005年10月21日
發明者魏先文, 朱國興 申請人:安徽師范大學