C纳米粒子的制备方法
【专利摘要】一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，涉及一种纳米粒子的制备方法，Ni3C磁性纳米粒子具体制备方法是：在惰性气体保护条件下，以镍的可溶性盐为镍源，多元醇为溶剂，加入一定的碱调节pH值，在一定的温度下回流一定时间，无需加入还原剂，一步可以制备得到Ni3C磁性纳米粒子。该Ni3C磁性纳米粒子尺寸可在50-1000nm之间调节，是软磁材料，具有良好的电磁波吸收性能。本发明中Ni3C磁性纳米粒子可大规模合成，合成周期短，设备要求简单，原料易得，无毒无害。
【专利说明】—种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Ni3C纳米粒子的制备方法，特别是涉及一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米磁性过渡金属碳化物是一种潜在的新型非稀土硬磁材料，在微电子器件、微存储器、微探针和微机械传感器、电磁波吸收和生物医学等领域，具有广阔的应用前景。纳米磁性过渡金属碳化物Ni3C是由碳和金属形成的间隙化合物，即体积较小的碳原子占据金属原子密堆积的空隙，它们倾向于形成组份在一定范围内变动的非计量间隙化合物。Ni3C的结构是由密切相关的两个因素决定的:几何因素和电子因素。几何因素取决于Hagg经验规则，即当非金属原子与金属原子的球半径比(hard-ballradii)小于0.59时，间隙化合物采用简单的晶体结构(fee, hep和hex等)。电子性质由以下两个方面决定:(I)电荷转移的方向数量；(2)碳化物的形成对金属d轨道的影响，电子性质使Ni3C呈现独特的结构和物理性质。文献中关于磁性过渡金属碳化物Ni3C块体和薄膜研究集中在材料制备方法。目前Ni3C制备方法主要分为物理方法和化学方法。物理方法主要包括机械合金化法、电子束蒸发法、离子注入法等。机械合金化是将金属Ni粉末和碳粉在高能球磨的作用下，互相扩散合成Ni3C的方法。这种方法制备时间长，产物为多缺陷的非晶态球状粉末，颗粒较大(微米级)。内布拉斯加-林肯大学的Yue等采用机械合金化方法制备非晶态10 nm的Ni3C纳米粒子，研究表明其是非磁性的；测量得到的室温300 K下0.6emu/g磁化强度来自于晶体缺陷，即在碳空位的地方，Ni纳米粒子富集，产生的磁矩。与物理方法相比，化学法具有操作简单，反应时间短，晶体结晶度好，形貌、尺寸可控，成本低和易于大规模生产等优点。
[0003]专利CN 103169969 A，一种具有光热效能的Ni3C纳米粒子的制备方法和应用，公开了用化学方法以油胺和十八碳烯为溶剂，乙酰丙酮镍为原料，制备Ni3C纳米粒子的方法。用多元醇为溶剂一步合成Ni3C纳米粒子的方法未见报道。合成的Ni3C纳米粒子(包括控制合成的Ni/Ni3C核壳结构)具有良好的电磁波吸收性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，该方法为一种液相化学反应，采用多元醇既作为溶剂又同时提供碳源一步制备Ni3C磁性纳米粉末的方法。操作简单、可控性强、无需昂贵的设备，易于大规模生产，所制备Ni3C-性纳米粒子具有良好的电磁波吸收性能。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，所述方法包括以下制备步骤:
(I)在室温条件下，分别用分析天平称量镍盐和表面活性剂，碱到盛有50 mL醇溶液的烧杯中，在磁力搅拌器下剧烈搅拌，加热温度为40°C，当溶质全部溶解完全后，得到绿色透明溶液；
(2)将所制得的溶液转移至100mL四口烧瓶中，接上防溅球，空气冷凝管，在惰性气体保护的条件下，升温到100°C，在100°C保温40分钟，除去体系中的水分；
(3)惰性气体保护条件，以2V/min进行升温，加热，进行回流反应；
(4)反应结束后，在惰性气体保护条件，冷却到室温；
(5)收集烧瓶中的粉末样品，采用离心机以10000r/min速度离心分离8min，产物分散在无水乙醇中，进行超生波洗涤5min，再进行离心分离；如此反复3次；
(6)获得的粉末样品在真空干燥箱中，80°C干燥6小时，获得样品。
[0006]所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，所述惰性气体为氩气或氮气。
[0007]所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，所述可溶镍盐为可溶性氯化镍、醋酸镍或者硝酸镍。
[0008]所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，所述多元醇为乙二醇，丙二醇，丁二醇，四甘醇，癸二醇等多元醇。
[0009]所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，三苯基膦，油酸，聚乙二醇，十六烷基三甲基溴化铵等，表面活性剂的浓度0.001-1.5 mol/Lo
[0010]所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，所述回流温度为180-320°C，时间为I分钟-5小时。
[0011]所述的一种具有电磁波吸收性能Ni 3C纳米粒子的制备方法，所述碱为NaOH或Κ0Η，碱液的浓度0-2 mol/L。
[0012]本发明制备Ni3C-性纳米粒子的制备方法中，Ni3C磁性纳米粒子的尺寸可在50-1000 nm之间调解，磁学性质为铁磁性。并且通过调解反应时间，可以获得外壳是Ni3C,内核是Ni元素的核壳结构，壳层以及核层厚度可以调解。用热稀硝酸煮沸3-6小时，可以获得空碳壳。制备的Ni3C磁性纳米粒子、及Ni/Ni3C核壳结构应用于电磁波吸收材料，具有良好的电磁波吸收性能。
[0013]本发明的优点与效果是:
本发明无需昂贵的设备；所用药品无毒无害，合成周期短，易于大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1实施例1制备Ni3C纳米粒子的X-射线衍射图；
图2实施例2制备Ni3C纳米粒子的X-射线衍射图；
图3实施例3制备Ni3C纳米粒子的X-射线衍射图；
图4实施例4制备Ni3C纳米粒子的X-射线衍射图；
图5实施例1，2，3，4样品的扫描电镜图；
图6 Ni3C样品300 K的磁滞回线；
图7 Ni3C样品的电磁波吸收性能曲线。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。
[0016]实施例1在室温条件下，称量0.58g Ni (N03) 2.6H20,0.05g KOH和0.3g三苯基氧化磷，溶解于50 mL四甘醇的烧杯中，在磁力搅拌器下剧烈搅拌，加热温度为40°C，当溶质全部溶解完全后，得到绿色透明溶液。将所制得的溶液转移至10mL四口烧瓶中，接上防溅球，空气冷凝管，在惰性气体保护的条件下，升温到100°C，在100°C保温40分钟，除去体系中的水分；惰性气体保护条件，以2V /min进行升温，加热到310°C，回流3小时。反应结束后，在惰性气体保护条件，冷却到室温；收集烧瓶中的粉末样品，采用离心机以10000 r/min速度离心分离8min,产物分散在无水乙醇中，进行超生波洗漆5min,再进行离心分离；如此反复3次。获得的粉末样品在真空干燥箱中，80°C干燥6小时，获得样品。图1实施例1 制备 Ni3C 纳米粒子的 X-射线衍射图，39.27°，41.75。,44.53°，58.62。 ,71.2°，78.1。的衍射峰分别可以指标化为Ni3C晶相(110)，(006)，(113)，(116)，(300)和(119)晶面。图5实施例1 (a，b)，2 (c，d)，3 (e, f),4 (g, h)样品的扫描电镜图。
[0017]实施例2在室温条件下，称量0.30g Ni (ac)2.4Η20,0.2g NaOH和0.5g聚乙烯批珞烷酮，溶解于50 mL, 1，2 丁二醇的烧杯中，在磁力搅拌器下剧烈搅拌，加热温度为40°C，当溶质全部溶解完全后，得到绿色透明溶液。将所制得的溶液转移至100 mL四口烧瓶中，接上防溅球，空气冷凝管，在惰性气体保护的条件下，升温到100°C，在100°C保温40分钟，除去体系中的水分；惰性气体保护条件，以2V /min进行升温，加热到200°C，回流5小时。反应结束后，在惰性气体保护条件，冷却到室温；收集烧瓶中的粉末样品，采用离心机以10000 r/min速度离心分离8min,产物分散在无水乙醇中,进行超生波洗漆5min,再进行离心分离；如此反复3次。获得的粉末样品在真空干燥箱中，80°C干燥6小时，获得样品。图2实施例2制备Ni3C纳米粒子的X-射线衍射图，39.27°，41.75°，44.53°，58.62° ，71.2°，78.1° 的衍射峰分别可以指标化为 Ni3C 晶相(110)，(006)，(113)，( 116)，(300)和(119)晶面。
[0018]实施例3在室温条件下，称量0.30g NiC12.4Η20，0.1g NaOH和3mL油酸，溶解于50 mL，癸二醇的烧杯中，在磁力搅拌器下剧烈搅拌，加热温度为40°C，当溶质全部溶解完全后，得到绿色透明溶液。将所制得的溶液转移至100 mL四口烧瓶中，接上防溅球，空气冷凝管，在惰性气体保护的条件下，升温到100°C，在100°C保温40分钟，除去体系中的水分；惰性气体保护条件，以5°C /min进行升温，加热到250°C，回流I小时。反应结束后，在惰性气体保护条件，冷却到室温；收集烧瓶中的粉末样品，采用离心机以10000 r/min速度离心分离8min，产物分散在无水乙醇中，进行超生波洗涤5min，再进行离心分离；如此反复3次。获得的粉末样品在真空干燥箱中，80°C干燥6小时，获得样品。图3实施例3制备Ni3C纳米粒子的 X-射线衍射图，39.27°，41.75。,44.53°，58.62。,71.2°，78.1° 的衍射峰分别可以指标化为Ni3C晶相(110)，(006)，(113)，(116)，(300)和(119)晶面。
[0019]实施例4在室温条件下，称量0.58g Ni (N03) 2.6Η20,0.05g KOH和(λ 3g三苯基氧化磷，溶解于50 mL四甘醇的烧杯中，在磁力搅拌器下剧烈搅拌，加热温度为40°C，当溶质全部溶解完全后，得到绿色透明溶液。将所制得的溶液转移至10mL四口烧瓶中，接上防溅球，空气冷凝管，在惰性气体保护的条件下，升温到100°C，在100°C保温40分钟，除去体系中的水分；惰性气体保护条件，以2V Mn进行升温，加热到310°C，回流20分钟。反应结束后，在惰性气体保护条件，冷却到室温；收集烧瓶中的粉末样品，采用离心机以10000 r/min速度离心分离8min,产物分散在无水乙醇中，进行超生波洗漆5min,再进行离心分离；如此反复3次。获得的粉末样品在真空干燥箱中，80°C干燥6小时，获得样品。图4实施例4 制备 Ni3C 纳米粒子的 X-射线衍射图，39.27°，41.75。,44.53°，58.62。 ,71.2°，78.1。的衍射峰分别可以指标化为Ni3C晶相(110)，(006)，(113)，(116)，(300)和(119)晶面；51.92。,76.41。的衍射峰分别对应着立方镍晶相的(200)，(220)晶面。
[0020]图6 Ni3C样品300 K的磁滞回线。图7 Ni3C样品的电磁波吸收性能曲线。
【权利要求】
1.一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤: (1)在室温条件下，分别用分析天平称量镍盐和表面活性剂，碱到盛有50mL醇溶液的烧杯中，在磁力搅拌器下剧烈搅拌，加热温度为40°C，当溶质全部溶解完全后，得到绿色透明溶液； (2)将所制得的溶液转移至100mL四口烧瓶中，接上防溅球，空气冷凝管，在惰性气体保护的条件下，升温到100°C，在100°C保温40分钟，除去体系中的水分； (3)惰性气体保护条件，以2V/min进行升温，加热，进行回流反应； (4)反应结束后，在惰性气体保护条件，冷却到室温； (5)收集烧瓶中的粉末样品，采用离心机以10000r/min速度离心分离8min，产物分散在无水乙醇中，进行超生波洗涤5min，再进行离心分离；如此反复3次； (6)获得的粉末样品在真空干燥箱中，80°C干燥6小时，获得样品。
2.根据权利要求1所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。
3.根据权利要求1所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述可溶镍盐为可溶性氯化镍、醋酸镍或者硝酸镍。
4.根据权利要求1所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述多元醇为乙二醇，丙二醇，丁二醇，四甘醇，癸二醇等多元醇。
5.根据权利要求1所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，三苯基膦，油酸，聚乙二醇，十六烷基三甲基溴化铵等，表面活性剂的浓度0.001-1.5 mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述回流温度为180-320°C，时间为I分钟-5小时。
7.根据权利要求1所述的一种具有电磁波吸收性能Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述碱为NaOH或Κ0Η，碱液的浓度0_2 mol/L。
【文档编号】C01B21/082GK104276548SQ201410492442
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】张雅静, 曹艳, 朱园, 吴静 申请人:沈阳化工大学