[发明专利]非稀土磁性纳米颗粒

说明书

技术领域

本发明通常涉及磁合金非稀土纳米颗粒、由此制成的磁体、以及制造其的方法。特别地，非稀土磁性纳米颗粒是单相材料，并且使用连续流动法制造。

背景技术

永磁体(PMs)，特别是包含稀土金属的那些，是电气、电子、通讯、以及汽车工业中许多应用不可或缺的部件。绿色技术市场的出现例如插电式混合/电动汽车(例如PHEVs和EVs)直接驱动了风力涡轮动力系统，并且储能装置(例如惯性轮)产生了对于PMs的需求增加，因为它们用非常小的马达产生高扭矩。

用于生产电动机的主要成本与其中所使用的磁性材料、特别是当前用于生产PMs的稀土金属直接相关。令人遗憾的是，近期市场趋势使得稀土永磁体的生产和获得更具挑战且有效成本较低。对于稀土金属的可靠供应链的缺乏使得它们非常昂贵。如果电动机将实现显著融入绿色技术且是一般消费者可承受的价格，那么将必然降低材料成本。令人遗憾的是，目前并不存在可以替换稀土金属用于生产能量上相当的PMs的替代物。因此在该领域中存在确定新材料从而在PMs的制造中替换稀土金属的迫切需求、以及使用这种材料的高效、成本低廉的制造PMs的方法。

描述了使用湿式化学多元醇方法的非稀土钴磁性纳米颗粒的生产，例如，参见公开的美国专利申请2012/0168670(Harris)，其全部内容通过参考结合于此。然而，该出版物仅描述了磁性Co₂C和磁性Co₃C相碳化钴纳米颗粒的混合物或掺合物、以及用于那些颗粒的变批量制造(scalable manufacturing)的方法。

美国专利5,783,263、5,549,973和5,456,986(Majetich等人，其每个的全部内容通过参考结合于此)描述了金属碳化物纳米颗粒。然而，颗粒进行了涂敷，并且其制造专门结合了特定加工方法，所述方法涉及制备用磁性金属氧化物封装的石墨棒。

迄今为止，现有技术并未提供合金非稀土纳米颗粒及使其数量足以实际用于制造目的的方法。

发明内容

本发明提供新颖的单相磁合金非稀土纳米颗粒、由此制成的磁体、以及使得数量足以实际用于制造的方法。磁性纳米颗粒并未包含任何稀土金属，并且在部分具体实施方式中，它们是纯单相材料。纳米颗粒有利地使用连续流动合成系统以及方法制造，这比现有技术的系统和方法生产显著更多的纳米颗粒材料。在典型的实施方式中，连续流动系统使用多元醇合成法和/或采用超临界液态合成法。如此处所述制造的磁性金属材料包括、或用于制造软磁体和硬磁体。

在此处所提供的是单相磁合金纳米颗粒。在一些具体实施方式中，单相磁合金纳米颗粒包含选自下组的材料：Co₂C、Co₃C、Fe₃C、Fe₅C₂和Fe₇C₃。在一些具体实施方式中，单相磁合金纳米颗粒不包含稀土金属。

本发明还提供合成单相磁合金纳米颗粒的方法，所述方法包含如下步骤：1)将一种以上含有磁性金属盐的流体溶液引入连续流动微流体反应器中；ii)使得一种以上溶液经受反应条件，使得磁性金属的盐形成单相磁合金纳米颗粒；以及iii)通过使它们经过磁力回收单相磁合金纳米颗粒。在一些具体实施方式中，一个流体溶液被引入到连续流动微流体反应器中，并且反应条件包括将流体溶液维持在足以将流体溶液转化为超临界流体(SCF)的压力和温度下。为了使得SCF闪蒸，该具体实施方式可以进一步包括从SCF释放压力的步骤，其留下纳米颗粒。释放步骤可以在收集纳米颗粒步骤前进行。该方法也可以包括在SCF的闪蒸后收集和/或纯化单相磁合金纳米颗粒的步骤，例如，使用磁分离装置。在其它具体实施方式中，磁性金属的盐被包含在两个流体溶液中的一个中，这两个流体溶液被引入连续流动微流体反应器中，并且所述方法包括混合这两个流体溶液的步骤。混合步骤在温度以及pH下进行，并持续足够使得上述磁性金属盐与溶液的其它组分反应的时间，从而形成单相磁合金非稀土纳米颗粒。

在其它具体实施方式中，提供了用于合成单相磁合金纳米颗粒的系统。例如，所述系统包括：i)连续流动反应器；ii)在连续流动反应器中控制条件的控制器；以及iii)配置使得单相磁合金纳米颗粒经受磁场的磁分离装置。

附图说明