表面活性劑體系中鈷、鎳磁性微納米材料的制備及其性能研究.pdf

1、磁性材料一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防工業(yè)的重要支柱和基礎(chǔ)，在信息存儲(chǔ)、處理與傳輸中已成為不可或缺的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于微機(jī)、電信、自動(dòng)控制、通訊、家用電器等領(lǐng)域。鈷、鎳作為典型的磁性材料因其優(yōu)良的物理、化學(xué)和機(jī)械性能而廣泛應(yīng)用于陶瓷、硬質(zhì)合金，電池行業(yè)，電子器件以及特種工具等領(lǐng)域，其合成及磁性質(zhì)研究正引起人們的廣泛關(guān)注。本文基于表面活性劑的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用以水熱的方法制備了中空球結(jié)構(gòu)鈷并通過(guò)調(diào)節(jié)pH值制得了六角片狀結(jié)構(gòu)鈷以及刺球狀鎳。通過(guò)在水熱

2、反應(yīng)過(guò)程中引入磁場(chǎng)作用的方法，制備得到了有序的中空球鏈結(jié)構(gòu)、花狀塔結(jié)構(gòu)鈷，以及鏈狀結(jié)構(gòu)鎳。研究了不同結(jié)構(gòu)磁性材料對(duì)產(chǎn)物磁性能的影響，探討了產(chǎn)物形貌結(jié)構(gòu)與其磁性能之間的相互關(guān)系。該研究將為功能磁性材料的制備、有序組裝以及拓展其磁性能的應(yīng)用提供重要的理論依據(jù)。
　　 ⑴表面活性劑體系中水熱法制備中空鈷球及其磁性能研究。
　　 在Brij30表面活性劑體系中，通過(guò)水熱的方法制得了中空球結(jié)構(gòu)鈷，并通過(guò)調(diào)節(jié)pH值制得了六角片狀結(jié)構(gòu)

3、鈷。詳細(xì)考察了各種反應(yīng)條件對(duì)最終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的影響，如表而活性劑濃度、表面活性劑結(jié)構(gòu)、溫度以及pH等。研究發(fā)現(xiàn)，隨著表面活性劑Brij30濃度的增加，產(chǎn)物由實(shí)心鈷球結(jié)構(gòu)向中空球結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，且當(dāng)Brij30濃度為4.12×10-4 mol/L時(shí)，得到了均一完整的中空鈷球。只有在非離子的表面活性劑Brij30存在的條件下才能得到空心球結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。溫度的升高有利于鈷的成核、結(jié)晶，并且高溫使得中空球內(nèi)的Brij30上的氧乙烯脫水而從球內(nèi)向外擴(kuò)散導(dǎo)致了

4、孔的形成。通過(guò)pH的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物由空心球結(jié)構(gòu)向片狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，同時(shí)調(diào)節(jié)其他反應(yīng)條件，可以最終得到均一規(guī)整，分散性好的六角形片狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)物。產(chǎn)物磁性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)調(diào)控得到的中空球結(jié)構(gòu)產(chǎn)物以及六角片狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)物的飽和磁化強(qiáng)度較其本體結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，均有顯著的提高。同時(shí)對(duì)中空結(jié)構(gòu)鈷球的形成機(jī)理進(jìn)行了探討，研究發(fā)現(xiàn)，可能是首先由Brij30導(dǎo)向生成絨球狀實(shí)心球結(jié)構(gòu)，實(shí)心結(jié)構(gòu)生成后，由于高溫下Brij30的脫水?dāng)U散作用引起實(shí)心球內(nèi)部凹陷，最終導(dǎo)致了中

5、空結(jié)構(gòu)的形成。
　　 ⑵鈷的磁片沉積自組裝及其磁性能研究。
　　 通過(guò)引入磁場(chǎng)，利用磁場(chǎng)誘導(dǎo)沉積的方法成功地將分散的中空球結(jié)構(gòu)鈷以及分散的六角片狀結(jié)構(gòu)鈷組裝為中空球鏈狀鈷以及花狀塔結(jié)構(gòu)鈷。同時(shí)研究了在磁場(chǎng)條件下各反應(yīng)條件對(duì)組裝結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明額外加入的磁引力是導(dǎo)致中空球鈷成鏈狀有序排列的主要原因，表面活性劑的作用主要在于誘導(dǎo)中空結(jié)構(gòu)的形成，其他反應(yīng)條件的影響主要在單個(gè)球體上，對(duì)鏈的形成影響不大。pH對(duì)產(chǎn)物的形貌影響很

6、大，在高pH條件下產(chǎn)物趨向于塔狀結(jié)構(gòu)，額外加入的磁引力也是形成塔狀結(jié)構(gòu)的主要原因。磁性質(zhì)研究表明在空心球結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上組裝得到的中空球鏈狀鈷的飽和磁化強(qiáng)度相對(duì)于分散的空心球結(jié)構(gòu)有了明顯的提高。
　　 ⑶表面活性劑體系中水熱法制備刺球狀鎳及其磁性能研究。
　　 在不加入表面活性劑的純水體系中，通過(guò)一步水熱法，制得了刺球狀結(jié)構(gòu)的鎳，并考察了反應(yīng)時(shí)間、溫度、pH、表面活性劑等反應(yīng)條件對(duì)刺球狀結(jié)構(gòu)的影響。研究表明，刺球狀結(jié)構(gòu)是隨著反

7、應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)由磁性鎳粒子組裝生長(zhǎng)而成的。反應(yīng)溫度的升高使得刺球狀結(jié)構(gòu)向表面光滑的球結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，160℃是形成刺球狀結(jié)構(gòu)的合適溫度，更低的溫度(如120℃)則反應(yīng)無(wú)法發(fā)生。陰離子表面活性劑SDS的加入，以及高pH均會(huì)抑制該有序組裝而形成刺球狀產(chǎn)物。非離子表面活性劑Bri30與陽(yáng)離子表面活性劑DTAB的加入沒(méi)有完全抑制其組裝過(guò)程，但也無(wú)法制得刺球狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)物。通過(guò)改變反應(yīng)的溶劑，在乙醇條件下則可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物向棒狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。通過(guò)磁場(chǎng)誘導(dǎo)沉積的方法，同