镍锌铁氧体包覆碳纳米管磁性纳米复合材料的制备方法及应用前景

镍锌铁氧体包覆碳纳米管磁性纳米复合材料的制备方法及应用前景

专利名称：镍锌铁氧体（Ni1-）包覆碳纳米管磁性纳米复合材料的制备方法

技术领域：

本发明属于磁性碳纳米管复合材料制备领域，具体涉及一种镍锌铁氧体(N^)包覆碳纳米管磁性纳米复合材料的制备方法。

背景技术：

碳纳米管是纳米材料中最具特征的一维材料，其长度为微米级，直径为纳米级，长径比很大，此外还具有独特的力学、光学、电磁、储氢等性能。碳纳米管作为一种新型功能材料，由于其独特的性能而具有广阔的应用前景，已涉及纳米电子器件、电极材料、复合材料、催化剂载体、储氢材料等多个领域。其中，高性能碳纳米管复合材料的研究成为碳纳米管极其重要的应用研究方向。因此，磁性碳纳米管复合材料也成为当前的研究热点之一。

Ni^是迄今为止性能最好的高频软磁材料。Ni^ZnxF&C^具有尖晶石结构，它具有较高的磁导率和电阻率，频率范围在1kHz之间，所以一般在高频范围内使用。镍锌高频铁氧体材料带宽，传输损耗小，常用于高频抗电磁干扰和高频功率抗干扰集成表贴器件，作为抗电磁干扰和射频干扰磁芯，还可作为微波吸收材料、飞机的隐身涂层材料。目前人们对这种纳米材料的制备进行了一些研究，M.等在of and 321(2009)157-162中报道，以聚乙烯醇为表面活性剂，采用水热法合成了尺寸为15nm的磁性ZnNo.6Nio纳米粒子。刘军等。 国防科技大学学报，2005，27（4），24-27报道以硝酸铁、硝酸镍、硝酸锌、柠檬酸和氨水为原料，用溶胶-凝胶法合成了不同组成的Ni-Zn铁氧体粉体。庄佳等在功能材料，2006，1（37），43-46报道以FeCl3·6H20、Zn（N03）2·H20、Ni（N03）2·6H20为原料，通过室温固相反应制备出Fe（OH）3、Zn3（OH）4C03·H20、Ni3（OH）4C03·4H20的混合前驱体，先用微波加热，再热分解得到纳米粉体。

软铁氧体纳米材料已成为国内外研究的热点之一。用碳纳米管包覆软铁氧体纳米粒子可得到具有优越磁性能的纳米复合材料。曹等在《Solid State, 180(2007)3218-3223》上报道了采用化学沉淀-水热法在碳纳米管表面包覆( )纳米粒子，磁性能研究结果表明这种复合材料比镍锌铁氧体具有更强的超顺磁性。杨雪梅等在《材料科学与工程学报, 2008, 26(2), 213-216》上报道了采用水热合成法在碳纳米管表面包覆一层组分为.6Fei.9604的尖晶石纳米铁氧体粒子，研究结果表明其合成的复合材料具有良好的电磁波吸收性能。 因此可以利用该材料制备吸波复合材料以用于不同的吸收波段，可见碳纳米管磁性纳米复合材料的研究对于其在工业和高科技领域的应用具有重要的意义。

到目前为止，尚未见利用醇热法制备镍锌铁氧体包覆碳纳米管制备/N"磁性纳米复合材料的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种镍锌铁氧体（Ni2O4）包覆碳纳米管磁性纳米复合材料的制备方法，该方法制备工艺简单，对生产设备要求简单，易于工业化；制备的磁性纳米复合材料晶相纯，分散性好，不易团聚，磁化强度高，磁感应灵敏度强。

本发明的镍锌铁氧体（Nh.xZ Fe2O4）包覆碳纳米管磁性纳米复合材料的制备方法包括：

（1）碳纳米管的酸处理

采用浓硝酸酸化碳纳米管()。称取碳纳米管()倒入三口烧瓶中，然后加入浓度为15-20mol/L的强氧化性酸40~60ml，其中碳纳米管与强氧化性酸的质量比为1:400~1:200，然后超声分散30~60min，加热至100~120℃，酸化18~30h，使碳纳米管表面氧化，含有大量带负电的基团；（2）醇热法制备碳纳米管()/磁性纳米复合材料

室温下，将酸化溶液分散于40-60ml乙二醇溶液中，称取FeCl3.6H20、Zn(N03)2.6H20、Ni(N03)2.6H20，其中Zn2+与N2+的摩尔比为1:4-4:1；Zn2+与N2+的摩尔数之和与FeS+的摩尔数之比为1:2。待完全溶解后，加入0.5-1.5ml聚乙二醇，再加入3-6g无水醋酸钠，机械搅拌，搅拌速度500-，搅拌时间20-40min。 完全溶解后，将混合物放入高压反应器中，加热至180-220℃，反应9-12h，冷却至室温，用去离子水洗涤，用磁铁收集，干燥，即得到Nih.包覆磁性纳米复合材料。

步骤（1）中强氧化性酸为浓硝酸、浓硫酸或二者的混合溶液，优选为浓硝酸。通过调整碳纳米管、铁盐、锌盐和镍盐的质量比，可得到不同的组成。

/Nh. 磁性纳米复合材料。

本发明以可溶性铁盐、锌盐、镍盐为初始原料，采用强氧化性酸进行

将酸化溶液表面分散于乙二醇溶液中，再加入铁盐、锌盐、镍盐、无水醋酸钠、分散剂聚乙二醇，醇热法制备/Ni^磁性

纳米复合材料。

有益效果

(1)制备工艺简单，对生产设备要求简单，易于工业化生产；

(2)制备的Ni^/Ni磁性纳米复合材料晶相纯,分散性好,不易团聚,具有较高的磁化强度和强的磁感应灵敏度。

图1. /磁性纳米复合材料的透射电子显微镜图像；

图2. /Ni^磁性纳米复合材料的高分辨率透射电子显微镜图像；

图3. /磁性纳米复合材料的X射线衍射图4. /Ni^磁性纳米复合材料的磁滞回线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。应当理解，这些实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，应当理解，在阅读本发明的内容后，本领域​​技术人员可以对本发明做出各种变化或修改，这些等效形式也落在本申请所附权利要求的范围内。

范围。

示例 1

称取0.1g三氯化铁、0.372g六水硝酸锌、0.364g六水硝酸镍，加入三口烧瓶中，加入50ml乙二醇，加入酸化溶液，超声分散45min。超声分散完成后，加入3.6g无水乙酸钠、1.2ml聚乙二醇200，机械搅拌30min，完全溶解后，将溶液倒入高压反应釜中，加热至200℃，反应10h。反应完成后，用去离子水洗涤产物，用磁铁收集产物，然后在45℃真空干燥24h，即得/Nh.纳米复合材料。 图1为合成复合材料的透射电镜照片，从中可以看出大量的纳米粒子包覆在碳纳米管上。图2为合成复合材料的高分辨透射电镜照片，从中可以看出纳米粒子由多个Ni^纳米晶定向聚集形成，包覆在碳纳米管上。图3为本实施例合成复合材料的X射线衍射图，图中衍射峰表明纳米复合材料为/Nh-。图4为合成复合材料的磁滞回线图，从中可以看出合成复合材料的磁化强度达到45.84emu/g。实施例2

称取0.5g三氯化铁、0.595g六水硝酸锌、0.1454g六水硝酸镍，加入三口烧瓶中，加入50ml乙二醇，加入上述酸化，超声分散45min。超声分散完成后，加入4.0g无水乙酸钠、0.6ml聚乙二醇500，机械搅拌20min，完全溶解后，将上述溶液倒入反应釜中，加热至190.C，反应11h。反应完成后，用去离子水洗涤产物，用磁铁收集产物，然后在60℃离心产物。