一种以无机盐为前驱体制备硬磁性铁铂纳米颗粒的方法与流程

本发明涉及一种制备硬磁性铁铂纳米颗粒的方法。

技术背景

铁铂纳米颗粒由于具有很好的化学稳定性、高的磁晶各向异性能(7×10⁶J/cm³)、高的居里温度(480℃)和极小的超顺磁极限尺寸(2.8-3.3nm)，因此可以将晶粒尺寸降低，同时保持足够高的热稳定性，从而获得更小的记录信息单元，实现更高的记录密度，因此是超高密度磁记录介质的理想材料。自从孙守恒于2000年利用湿化学法，以二辛醚为溶剂，十六烷二醇为还原剂还原乙酰丙酮铂，同时热分解五羰基铁，在297℃反应30min制备了单分散、粒径为4nm的超顺磁性面心立方结构的铁铂(fcc-FePt)纳米粒子。在600℃退火后，形成硬磁相的面心四方结构铁铂纳米颗粒(fct-FePt)，即L10有序结构。将其用于磁记录材料，当读回电压信号从500增大至5000通量/毫米时，在适当的线密度仍可发生磁化翻转并读回无损，从而引起了科学家们的广泛研究。

但是利用湿化学法制备的fcc-FePt纳米粒子矫顽力为零，不能直接用作磁记录等应用。fcc-FePt纳米颗粒在经过高温退火(一般高于500℃)后可转变成面心四方结构的铁铂纳米颗粒(fct-FePt)才具有磁记录功能。但是如此高温度的退火一方面能耗高，不利于FePt纳米颗粒的实际应用，另一方面退火将会导致FePt晶粒尺寸的长大，不利于磁记录密度的提高。为了降低退火温度，研究者们常用添加合金元素如Ag、Cu、Au、Zn、Sb等金属元素在氮气保护下退火。目前解决纳米颗粒团聚的方法有表面包覆MgO、MnO或SiO₂等，然后进行高温退火后用酸刻蚀，或利用高分子聚合物固定后高温退火，或将铁铂的前躯体与NaCl混合球磨进行高温退火，再用去离子水洗涤。

虽然通过表面包覆方法进行高温退火或盐浴法可以得到硬磁性L10-FePt纳米颗粒，但是制备过程比较复杂，能耗较高，而且制备的纳米颗粒的形貌不规则，尺寸大小不可控。

技术实现要素：

本发明是为了解决目前通过表面包覆方法进行高温退火或盐浴法得到的硬磁性L10-FePt纳米颗粒制备过程复杂、能耗较高、纳米颗粒形貌不规则，尺寸大小不可控的技术问题，而提供一种以无机盐为前驱体制备硬磁性铁铂纳米颗粒的方法。

本发明的一种以无机盐为前驱体制备硬磁性铁铂纳米颗粒的方法是按以下步骤进行的：

一、保护气下混合搅拌：将氯化亚铁、氯铂酸钾和油胺加入三口烧瓶中，在磁力搅拌和室温的条件下通入氮气排空气40min，得到混合物；所述的氯化亚铁和氯铂酸钾的物质的量的比为1:(1～1.2)；所述的氯铂酸钾和油胺的物质的量的比为1:(150～160)；

二、加热：将步骤一制备的混合物在磁力搅拌和氮气保护的条件下以5℃/min～10℃/min的加热速率从室温加热至200℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为200℃条件下保温4h～5h；在磁力搅拌和氮气保护的条件下以1℃/min～5℃/min的加热速率从200℃加热至350℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为350℃条件下保温4h～8h；

三、冷却：在磁力搅拌和氮气保护的条件下自然冷却至室温；

四、洗涤、干燥：

①、将步骤三冷却后的产物全部转移到离心管里，加入等体积的正己烷a超声分散，再加入异丙醇超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物I，所述的正己烷a和异丙醇的体积比为1:3；

②、离心后的产物I加入正己烷b超声5min，再加入乙醇a超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物II；所述的正己烷b和正己烷a的体积比为1:1；所述的正己烷b和乙醇a的体积比为1:3；

③、离心后的产物II加入正己烷c超声5min，再加入乙醇b超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物III；所述的正己烷c和正己烷a的体积比为1:1；所述的正己烷c和乙醇b的体积比为1:3；

④、离心后的产物III加乙醇c超声5min，再加蒸馏水超声10min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物IV；所述的乙醇c和乙醇b的体积比为1:3；所述的乙醇c和蒸馏水的体积比为1:3；

⑤、对离心后的产物IV在真空和温度为60℃的条件下干燥12h，得到硬磁性铁铂纳米颗粒。

本发明的优点在于采用一种简单的有机热合成法，以无机盐氯化亚铁和氯铂酸钾为前驱体，一步制备得到硬磁性的铁铂纳米颗粒；

本发明方法操作过程简单，且原料成本低，易于工业化生产；

本发明制备的材料在超高密度磁记录媒介、催化、生物工程超强永磁体等领域具有潜在的应用价值。

本发明采用简单的液相热合成法，以油胺为溶剂、表面活性剂和还原剂，在氮气气氛下高温热还原氯化亚铁和氯铂酸钾，一步制备得到具有优异磁性能的硬磁性L10-FePt纳米颗粒，还可以通过调节升温速率和反应时间从而进一步调节产物的磁性能、形貌和尺寸。

附图说明

图1是试验一制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的TEM照片；

图2是试验一制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的XRD谱图；

图3是试验一制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的VSM曲线图；

图4是试验二制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的TEM照片；

图5是试验二制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的VSM曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种以无机盐为前驱体制备硬磁性铁铂纳米颗粒的方法，具体是按以下步骤进行的：

一、保护气下混合搅拌：将氯化亚铁、氯铂酸钾和油胺加入三口烧瓶中，在磁力搅拌和室温的条件下通入氮气排空气40min，得到混合物；所述的氯化亚铁和氯铂酸钾的物质的量的比为1:(1～1.2)；所述的氯铂酸钾和油胺的物质的量的比为1:(150～160)；

二、加热：将步骤一制备的混合物在磁力搅拌和氮气保护的条件下以5℃/min～10℃/min的加热速率从室温加热至200℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为200℃条件下保温4h～5h；在磁力搅拌和氮气保护的条件下以1℃/min～5℃/min的加热速率从200℃加热至350℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为350℃条件下保温4h～8h；

三、冷却：在磁力搅拌和氮气保护的条件下自然冷却至室温；

四、洗涤、干燥：

①、将步骤三冷却后的产物全部转移到离心管里，加入等体积的正己烷a超声分散，再加入异丙醇超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物I，所述的正己烷a和异丙醇的体积比为1:3；

②、离心后的产物I加入正己烷b超声5min，再加入乙醇a超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物II；所述的正己烷b和正己烷a的体积比为1:1；所述的正己烷b和乙醇a的体积比为1:3；

③、离心后的产物II加入正己烷c超声5min，再加入乙醇b超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物III；所述的正己烷c和正己烷a的体积比为1:1；所述的正己烷c和乙醇b的体积比为1:3；

④、离心后的产物III加乙醇c超声5min，再加蒸馏水超声10min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物IV；所述的乙醇c和乙醇b的体积比为1:3；所述的乙醇c和蒸馏水的体积比为1:3；

⑤、对离心后的产物IV在真空和温度为60℃的条件下干燥12h，得到硬磁性铁铂纳米颗粒。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的氯化亚铁和氯铂酸钾的物质的量的比为1:1。其他与具体实施方一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的氯铂酸钾和油胺的物质的量比为1:150。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中将步骤一制备的混合物在磁力搅拌和氮气保护的条件下以5℃/min的加热速率从室温加热至200℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为200℃条件下保温4h。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中在磁力搅拌和氮气保护的条件下以5℃/min的加热速率从200℃加热至350℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为350℃条件下保温4h。其它与具体实施方式一相同。

通过以下试验验证本发明效果：

试验一：本试验为一种以无机盐为前驱体制备硬磁性铁铂纳米颗粒的方法，具体是按以下步骤进行的：

一、保护气下混合搅拌：将氯化亚铁、氯铂酸钾和油胺加入三口烧瓶中，在磁力搅拌和室温的条件下通入氮气排空气40min，得到混合物；所述的氯化亚铁和氯铂酸钾的物质的量的比为1:1；所述的氯铂酸钾和油胺的物质的量的比为1:150；

二、加热：将步骤一制备的混合物在磁力搅拌和氮气保护的条件下以5℃/min的加热速率从室温加热至200℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为200℃条件下保温4h；在磁力搅拌和氮气保护的条件下以5℃/min的加热速率从200℃加热至350℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为350℃条件下保温4h；

三、冷却：在磁力搅拌和氮气保护的条件下自然冷却至室温；

四、洗涤、干燥：

①、将步骤三冷却后的产物全部转移到离心管里，加入等体积的正己烷a超声分散，再加入异丙醇超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物I，所述的正己烷a和异丙醇的体积比为1:3；

②、离心后的产物I加入正己烷b超声5min，再加入乙醇a超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物II；所述的正己烷b和正己烷a的体积比为1:1；所述的正己烷b和乙醇a的体积比为1:3；

③、离心后的产物II加入正己烷c超声5min，再加入乙醇b超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物III；所述的正己烷c和正己烷a的体积比为1:1；所述的正己烷c和乙醇b的体积比为1:3；

④、离心后的产物III加乙醇c超声5min，再加蒸馏水超声10min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物IV；所述的乙醇c和乙醇b的体积比为1:3；所述的乙醇c和蒸馏水的体积比为1:3；

⑤、对离心后的产物IV在真空和温度为60℃的条件下干燥12h，得到硬磁性铁铂纳米颗粒。

试验二：本试验为一种以无机盐为前驱体制备硬磁性铁铂纳米颗粒的方法，具体是按以下步骤进行的：

一、保护气下混合搅拌：将氯化亚铁、氯铂酸钾和油胺加入三口烧瓶中，在磁力搅拌和室温的条件下通入氮气排空气40min，得到混合物；所述的氯化亚铁和氯铂酸钾的物质的量的比为1:1；所述的氯铂酸钾和油胺的物质的量的比为1:150；

二、加热：将步骤一制备的混合物在磁力搅拌和氮气保护的条件下以5℃/min的加热速率从室温加热至200℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为200℃条件下保温4h；在磁力搅拌和氮气保护的条件下以1℃/min的加热速率从200℃加热至350℃，然后在磁力搅拌、氮气保护和温度为350℃条件下保温4h；

三、冷却：在磁力搅拌和氮气保护的条件下自然冷却至室温；

四、洗涤、干燥：

①、将步骤三冷却后的产物全部转移到离心管里，加入等体积的正己烷a超声分散，再加入异丙醇超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物I，所述的正己烷a和异丙醇的体积比为1:3；

②、离心后的产物I加入正己烷b超声5min，再加入乙醇a超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物II；所述的正己烷b和正己烷a的体积比为1:1；所述的正己烷b和乙醇a的体积比为1:3；

③、离心后的产物II加入正己烷c超声5min，再加入乙醇b超声5min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物III；所述的正己烷c和正己烷a的体积比为1:1；所述的正己烷c和乙醇b的体积比为1:3；

④、离心后的产物III加乙醇c超声5min，再加蒸馏水超声10min，超声后放入离心机中以8500r/min的转速离心5min，得到离心后的产物IV；所述的乙醇c和乙醇b的体积比为1:3；所述的乙醇c和蒸馏水的体积比为1:3；

⑤、对离心后的产物IV在真空和温度为60℃的条件下干燥12h，得到硬磁性铁铂纳米颗粒。

图1是试验一制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的TEM照片，可以看出FePt纳米颗粒是由许多小颗粒自组装成花状结构。

图2是试验一制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的XRD，XRD图谱上出现了硬磁相的特征峰，即(001)峰和(110)峰，表明制备的铁铂纳米颗粒是硬磁性的。

图3是试验一制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的VSM曲线图，可以看出铁铂纳米颗粒具有较大的矫顽力，Ms＝17.4emu/g，Hc＝6.57kOe。

图4是试验二制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的TEM照片，可以看出FePt纳米颗粒是由许多小颗粒自组装成花状结构。

图5是试验二制备的硬磁性铁铂纳米颗粒的VSM曲线图，可以看出铁铂纳米颗粒具有较大的矫顽力，Ms＝25.4emu/g，Hc＝8.4kOe。