專利名稱：磁性納米改性氧化鋅晶須及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種磁性材料及其制備方法，特別是涉及一種磁性納米改性氧化鋅晶須及其制備方法。
背景技術：
氧化鋅晶須是一種具有三維四針狀結構的晶體材料，其獨特的四針狀結構與氧化鋅優異的半導體性能的結合賦予了氧化鋅晶須強大的多功能特性。而通過對氧化鋅晶須進行磁性改性，提高氧化鋅晶須的磁導率、磁化強度等磁性指標，將賦予氧化鋅晶須更加強大的功能特性。比如在用作電磁屏蔽材料和隱身材料時，能使其電磁屏蔽和隱身效果得到較大程度的提高。目前，進行磁性改性主要有兩條途徑。其一是摻雜磁性金屬離子，由于氧化鋅晶格尺寸和摻雜離子半徑的限制，目前僅有鐵離子等極少數金屬離子能摻入氧化鋅晶格，但其摻雜量很小，且摻雜工藝須在800℃以上的高溫下才能實現，耗能大，所得摻雜產物沒有明顯的磁性改善效果。其二是混合無機磁粉，此法雖有一定的磁性改善效果，但其混合均勻性很難保證，因而產品的磁性穩定性差，如用球磨法等機械方法混合，還會破壞氧化鋅晶須的四針狀結構。
發明內容
本發明的目的在于克服上述缺點，提供一種操作簡單，成本低，易于工業化推廣，且所得產品既留了氧化鋅晶須的四針狀結構，又具有較好的、穩定的磁性能的磁性納米改性氧化鋅晶須及其制備方法。
本發明磁性納米改性氧化鋅晶須是在四針狀氧化鋅晶須表面均勻地合成有磁性納米顆粒。
本發明磁性納米改性氧化鋅晶須制備方法中的原料組分配合比例按重量百分數計是四針狀氧化鋅晶須(ZnOw)15～55％，二氯化鐵(FeCL2·4H2O) 4～10％，聚乙二醇(PEG) 38～75％。
制備過程如下
1)將FeCL2·4H2O溶解于重量百分濃度為30～60％的PEG水溶膠中。
2)將經超聲波處理后的氧化鋅晶須均勻懸浮于上述1)PEG水溶膠中，其中，超聲波功率為120瓦，處理時間10分鐘。
3)采用20％(重量)的氫氧化鈉調整上述2)水溶膠的PH值為7～12，加入濃度30％(重量)過氧化氫(H2O2)水溶液，于50～70℃溫度下攪拌反應3～5小時，得反應產物。其中，按重量份計，原料組分∶H2O2＝100∶1.2～3.0，攪拌速度控制為300～800轉/分。
4)將3)反應產物進行過濾，并真空干燥濾渣，得中間產物。一般真空干燥條件為50℃、-0.09MPa。
5)將4)所得中間產物于250～300℃溫度下，通入N2氣焙燒1～2小時，然后通入H2氣，于500～530℃溫度下焙燒2～3小時，在氫氣氣氛下隨爐冷卻至室溫，得本發明磁性納米改性氧化鋅晶須。
本發明制備方法中利用PEG的活性，使其作為橋聯物，使PEG能很好地附著在ZnOw表面。加入過氧化氫作氧化劑，氧化Fe2+得到新生成的氧化鐵，可與PEG分子中的醚基形成配位結合，使磁性納米顆粒氧化鐵原位合成在ZnOw表面。為確保PEG膠束成為Fe2+氧化反應的主要發生場所，應控制PEG的重量百分濃度為30～60％。控制體系的PH值為7～12，有利于體系中Fe2+的氧化，而控制攪拌速度、反應溫度和反應時間，則有利于實現磁性納米顆粒在ZnOw表面原位合成及控制磁性顆粒的大小，提高磁性納米顆粒在ZnOw表面分布的均勻性。體系中的中間產物通入氮氣進行第一次焙燒，是使體系中的PEG發生分解反應，分解產生的氣態小分子則隨氮氣排除，消除PEG對磁性的影響。在停止通氮氣后，立即換通氫氣，升高爐溫，進行第二次焙燒，還原氧化鐵，確保PEG分解后磁性納米顆粒仍然均勻穩定地分布在ZnOw表面。通過控制通氫氣的時間可以調整磁性納米改性氧化鋅晶須中磁性成分為Fe3O4、FeO、Fe或其復合物，從而通過對產物磁性成分的調節來調控產物的比飽和磁化強度、磁導率、矯頑力等磁性能指標，從而得到一系列可滿足多種需要的產品。
本發明磁性納米改性氧化鋅晶須及其制備方法的優點在于通過ZnOw的超聲處理，氧化鐵的原位生成及PEG的橋聯作用，實現了磁性納顆粒在ZnOw表面的均勻合成，通過焙燒得到成分和磁性可調的磁性納米改性氧化鋅晶須。不破壞原氧化鋅晶須的四針狀結構，操作簡單，可重現性好，成本低，易于工業化推廣。所得產品磁性納米改性氧化鋅晶須具有較好的、穩定的磁性能及優異的綜合性能，在室溫時的比飽和磁化強度達2.10～7.01emu/g，矯頑力達60～1150e。該產品可廣泛用于國防裝備、電器設備、通訊設備等領域。該產品用作隱身(吸波)涂料中的主要吸波劑時，與使用相同用量的普通氧化鋅晶須的隱身涂料相比，當涂層密度為1.2kg/m2時，-4dB合格帶寬由原來的8～18GHz拓展到4～18GHz，且涂層厚度由原來的2mm降低為1mm。
圖1比較例掃描電子顯微鏡2實施例1磁性納米改性氧化鋅晶須掃描電子顯微鏡3實施例3磁性納米改性氧化鋅晶須掃描電子顯微鏡4實施例5磁性納米改性氧化鋅晶須掃描電子顯微鏡5實施例12磁性納米改性氧化鋅晶須掃描電子顯微鏡6實施例1磁性納米改性氧化鋅晶須X-ray衍射7實施例5磁性納米改性氧化鋅晶須X-ray衍射8實施例12磁性納米改性氧化鋅晶須X-ray衍射圖具體實施方式
表1實施例的原料組分配比及工藝條件
表2磁性納米改性氧化鋅晶須性能
權利要求
1.一種磁性納米改性氧化鋅晶須，其特征在于四針狀結構的氧化鋅晶須表面均勻地合成有磁性納米顆粒。
2.一種如權利要求1所述的磁性納米改性氧化晶須的制備方法，其特征在于原料組分的配合比例按重量百分數計是四針狀結構的氧化鋅晶須(ZnOw) 15～55％，二氯化鐵(FeCL2·4H2O) 4～10％，聚乙二醇(PEG) 38～75％，制備過程如下1)將FeCL2·4H20溶解子重量百分濃度為30～60％的PEG水溶膠中；2)將經超聲波處理后的氧化鋅晶須均勻懸浮于上述1)PEG水溶膠中；3)調整上述2)水溶膠的PH值為7～12，加入過氧化氫(H2O2)水溶液，于50～70℃溫度下攪拌反應3～5小時，其中，按重量份計，原料組分∶H2O2＝100∶1.2～3.0；4)將3)反應產物進行過濾，并真空干燥濾渣，得中間產物；5)將4)所得中間產物于250～300℃溫度下，通入氮氣焙燒1～2小時，然后通入氫氣，于500～530℃溫度下焙燒2～3小時，在氫氣氣氛下隨爐冷卻至室溫，得本發明磁性納米改性氧化鋅晶須。
3.如權利要求2所述的磁性納米改性氧化鋅晶須的制備制備方法，其特征在于過氧化氫的重量百分濃度為30％。
4.如權利要求2所述的磁性納米改性氧化鋅晶須的制備方法，其特征在于超聲波的功率為120瓦，處理時間10分鐘。
全文摘要
本發明提供一種磁性納米改性氧化鋅晶須及其制備方法，是將四針狀氧化鋅晶須均勻地懸浮在溶有二氯化鐵的聚乙二醇水溶膠中，調整水溶膠的pH值為7～12，加入過氧化氫反應，過濾反應產物，將濾渣真空干燥，然后通氮進行第一次焙燒，再通氫進行第二次焙燒，隨爐冷卻，得到在四針狀氧化鋅晶須表面均勻地合成有磁性納米顆粒的磁性納米改性氧化鋅晶須。操作簡單，成本低，易于工業化推廣，產品具有良好的磁性能及綜合性能，主要用于國防設備、電器設備及通訊設備等領域。
文檔編號C30B33/00GK1712577SQ20051002086
公開日2005年12月28日 申請日期2005年5月8日 優先權日2005年5月8日
發明者胡書春, 周祚萬, 楚瓏晟 申請人:西南交通大學, 成都交大晶宇科技有限公司