[发明专利]一种制备磁性纳米片的方法

说明书

技术领域

本方法涉及一种磁性纳米材料的制备方法。

背景技术

磁性纳米材料，可以作为普通磁性材料被广泛应用在生活、医疗、军事等领域外，而且因为其独特的纳米效应，还可以制备高性能的软/硬磁耦合磁体、双硬磁主相耦合磁体、高矫顽力的纳米永磁体等。由于纳米磁性材料具有小的颗粒尺寸、大的比表面积，可以减小涡流损耗及增强热交换，也能应用于微波吸收以及磁制冷等领域。

但是，由于磁性材料大都由还原性较强的稀土元素或者过渡族金属组成，很容易在空气中氧化，特别是在其颗粒尺寸进入纳米尺度范围后，接触空气就可能因强烈的氧化而自燃，所以常规的制备方法很难合成磁性纳米材料，特别是稀土化合物材料。因此如何制备磁性纳米材料，特别是稀土化合物纳米材料成为目前研究的热点。比较常用的制备磁性纳米材料的方法有化学合成、机械化学、离子束沉积等，但是以上方法的产量均很低，而且有的方法所用设备昂贵，有的方法制备的磁性纳米材料没有织构或者制备的纳米材料颗粒尺寸很大，不能满足实际应用的需要。需要特别说明，织构及纳米颗粒的尺寸对目前应用非常广泛的永磁材料具有重要的影响。例如：各向异性的永磁体(具有织构)的磁能积有可能是各向同性的同种材料的永磁体磁能积的4倍。而高性能低成本的软/硬磁耦合磁体、双硬磁主相耦合磁体理论上都要求磁性材料的颗粒尺寸最好小于10nm。

因此，制备具有织构的、粒度分布均匀的、颗粒尺寸更小的磁性纳米材料成为全世界迫切需要解决的问题。

2006年美国德州大学阿灵顿分校(The University of Texas at Arlington)的刘平教授带领他的团队使用表面活性剂辅助球磨加后期离心分离上清液的方法制备了单分散的稀土永磁纳米颗粒，这种方法可以制备粒度分布均匀，且粒度小于30nm(部分在2-8nm)的磁性纳米颗粒，但是离心所得的纳米颗粒产量非常低。后来很多人在此基础上将这一技术发展，大批量获得到了具有织构的亚微米/纳米尺度的稀土化合物颗粒/片。例如美国专利(专利公开号：US 2012/0021219A1)公布了一种使用表面活性剂辅助球磨制备磁性纳米片的制备方法，此方法可以制备厚度主要分布在50-150nm，长度主要分布在1-10μm范围的纳米片。随后他们又申请了使用这种制备的纳米片制备块体材料的专利(专利公开号：US 2012/0019342 A1)。中国专利(专利号公开号CN 103231066A)公布了一种使用低温加表面活性剂辅助球磨制备稀土-过渡族永磁合金微米/纳米颗粒的方法，此方法可以提高材料的矫顽力，但是所得到的纳米材料的尺度范围依旧是50-150nm。现有技术中还公开了一种使用磁场加表面活性剂辅助球磨制备磁性纳米片的方法，此方法可以提高材料的织构度，但是所得到的纳米材料的尺度范围在50-150nm。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备磁性纳米片的方法，该方法可以克服现有技术的上述缺点，能够得到具有织构的颗粒大小分布更窄、厚度更小的磁性纳米片，更重要的是工艺简单，能够实现大批量生产，而且不引入新的杂质。

为了实现上述的目的，本发明的制备磁性纳米片的方法包括以下步骤：

(a)将磨球和磁性材料、表面活性剂、有机溶剂、固体颗粒加入到球磨罐中；

(b)将球磨罐密封后进行球磨；

(c)取出磨球，将球磨产物倒入容器内；

(d)收集球磨产物，冲洗干燥后，得到具有织构的磁性纳米片。

优选的是，所述磁性材料为稀土化合物、过渡族金属或过渡族金属的合金。

优选的是，所述稀土化合物包括R-T体系稀土化合物，其中R代表Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er中的一种或者它们的任意组合，T代表Fe、Co、Ni、Mn中的一种或者它们的任意组合，或联合Cu、Zr、Al、Ga、Nb、Hf、B、N、C中的一种或者它们的任意组合。

优选的是，所述的过渡族金属为Fe、Co、Ni、Mn中的一种或它们的任意组合。

优选的是，所述的表面活性剂为阳离子型、阴离子型、非离子型表面活性剂或它们的任意组合。

优选的是，所述表面活性剂为油酸、油胺、三辛胺、聚乙烯吡咯烷酮、辛酸、脂肪酸聚氧乙烯醚或它们的组合。

优选的是，所述表面活性剂的用量为磁性材料质量的5％-200％。

优选的是，所述表面活性剂的用量为磁性材料质量的15％-45％。