[发明专利]一种可控制尺寸的CrO2纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料合成的技术领域，具体涉及一种可控制尺寸的CrO₂纳米颗粒的制备方法。

背景技术

纳米磁性材料与大尺寸体材料具有不同的磁学特性。小尺寸的磁性纳米颗粒具有单磁畴结构和很高的矫顽力，在实际中常应用于磁记录材料。其音质、图像和信噪比比较好，而且记录密度很高。磁性纳米颗粒在磁性材料与器件等的研究和发展中具有重要的应用前景。纳米磁性材料的特性与常规材料的特性不同的原因是与磁相关的特征物理量恰好处于纳米量级，例如：单磁畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由程等大致处于1～100nm量级。当纳米磁性材料的尺寸与这些特征物理长度相近时，就会呈现奇异磁特性。纳米磁性材料在现在实际中应用比较广泛，例如：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料(摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等)、人体修复材料、抗癌制剂等。

CrO₂是一种重要的半金属铁磁体。CrO₂的电子自旋极化率非常接近100％[参见Y.Ji and A.Gupta,Phys.Rev.Lett.86,5585(2001)]，且它的居里温度通常在 392～396K之间，远高于其它的铁磁性半金属的居里温度，这些优良的磁学性能和电学性能使其在自旋电子学器件中具有重要的潜在应用价值。20世纪60年代末期以来，针状的CrO₂纳米磁粉被广泛用于磁记录材料。随着科技的发展，在针状的CrO₂纳米磁粉压结体中发现了很大的磁电阻效应。这些磁学和电学的特性使其在超高密度存储器件及纳米电子自旋电子器件的开发上具有很好的潜在价值。

CrO₂纳米材料有纳米块体、纳米薄膜、一维材料、纳米粒子、介孔材料、有机无机杂化材料等；制备纳米材料的方法也有很多种：气相沉积、水热法、自组装、溶胶凝胶、LB膜等，而制备纳米颗粒的方法中水热法和溶胶凝胶比较常用。S.Biswas等人利用CrO₃在聚乙烯醇(PVA)和蔗糖的水溶液中的化学反应合成了CrO₂纳米颗粒，晶粒尺寸在50～300nm之间。

关于在CrO3的超临界水状态下制备出纳米棒状的CrOOH作为前驱物，可控制生长CrO₂纳米颗粒尺寸的方法，尚未见有与本发明采用相同或相近的方法的文献报道与专利技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用纳米棒状CrOOH作为前驱物，可控制尺寸生长CrO₂纳米颗粒的方法。前驱物CrOOH的形态和尺寸对CrO₂纳米颗粒的生长、 CrO₂形貌的形成和可控制CrO₂纳米颗粒的尺寸，都具有有决定性作用。

为实现以上目的，本发明采取以下技术方案：

(1)一种纳米棒状CrOOH的水热制备的方法：

步骤一、分别配置一定浓度的CrO₃的水溶液和一定质量分数的聚乙烯醇 (PVA)或淀粉或乙二醇水溶液；

步骤二、分别将CrO₃水溶液和聚乙烯醇PVA(或淀粉、乙二醇)水溶液按一定的比例混合，混合均匀后得到的溶液为前驱液；

步骤三、取适量前驱液放入反应釜中，然后密封反应釜，以一定的升温速率加热反应釜，使釜内溶液温度达到400℃左右，并在此温度保温一段时间；

步骤四、反应结束后，反应釜自然冷却至室温，取出样品；然后60℃烘干得到纳米棒状CrOOH。

所述的一定浓度的CrO₃水溶液中CrO₃为分析纯物质，其中浓度为2.4～4.4 mol/L之间；

所述的一定质量分数的聚乙烯醇PVA(或淀粉、乙二醇等)水溶液中PVA 为PVA-124，淀粉为冷水可溶性淀粉，乙二醇为分析纯物质。聚乙烯醇(PVA)、淀粉或乙二醇水溶液中羟基(-OH)基团的浓度为0.2-1mol/L；

所述的CrO₃水溶液和PVA(或淀粉、乙二醇)水溶液按一定的比例混合中比例是指使前驱液中的Cr³⁺与羟基(-OH)基团的浓度比例在0.1～2.5:1之间；