专利名称：以水溶性高分子为配体的溶胶-凝胶法合成NiZnCu铁氧体纳米粒子的方法
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及以水溶性高分子为配体的溶胶-凝胶 法合成不同粒径的MZnCu铁氧体纳米粒子。
背景技术：
尖晶石型铁氧体由于其优良的磁性能和电性能而成为重要的商业性材料。近年来 多层片式电感(MLCI)作为表面组装技术中不可缺少的元件而得到极大发展，它是由铁氧 体材料和电极材料交替叠层共烧而成的独石结构，为满足与银电极共烧要求，低温烧结铁 氧体材料成为技术关键。NiZnCu铁氧体是目前性能最好、应用最广泛的一种高频软磁材料， 因而成为MLCI的最佳介质材料。但NiZnCu铁氧体的烧结温度一般较高，不能满足MLCI中 与银电极共烧的需要。通常通过添加低熔玻璃相或助烧剂的方法降低烧成温度，但会使磁 性能降低。研究表明，采用超细高活性纳米粉末是实现低温烧结和高性能化的有效途径，通 过共沉淀法、球磨法、水热合成法和溶胶_凝胶法已经合成了粒径在5-lOOnm范围的铁氧 体粒子。在这些方法中，溶胶_凝胶法具有独特的优势严格的化学计量控制以及在短 时间和低温条件下得到粒径分布较窄的纳米材料。但溶胶-凝胶法一般采用金属有机 盐为原料，因而成本较高，难于在工业中广泛应用。本发明使用水溶性高分子为配体，以 价廉可溶于水的金属无机盐为铁氧体前驱体，通过溶胶-凝胶法成功合成了不同粒径的 NixZnyCuzFe2O4 (x+y+z = 1)铁氧体纳米粒子。
发明内容
本发明的目的在于短时间和低温条件下得到粒径分布较窄的纳米材料。该工艺具 有成本低、工艺简单、便于工业化生产的优点。本发明的技术方案如下一种铁氧体纳米粒子，其特征在于其组分为NiZnCu，磁粒子的粒径为5-lOOnm。采 用水溶性高分子聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸异丁烷基 乙酯、聚甲基丙烯酸二甲胺苄基乙酯、聚甲基丙烯酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸咪唑烷基酮羟乙 酯、纤维素衍生物、壳聚糖、海藻酸钠为配体，以可溶于水的金属无机盐为铁氧体前驱体，经 热处理即可得到单相尖晶石型NiZnCu铁氧体纳米粒子，得到的样品其常温下磁性由超顺 磁性向亚铁磁性之间可调。—种水溶性高分子为配体的溶胶-凝胶法合成MZnCu铁氧体纳米粒子的方法，其 特征在于，该方法的具体步骤如下a.将NixZnyCuzFe2O4(x+y+z = 1)的摩尔比称量好的镍、锌、铜和铁的水溶性无机 盐，溶于去离子水中，加入水溶性高分子，控制水溶性高分子中的羟基、羧基、氨基、或羰基、 或含不饱和双键基团与水溶性无机盐的摩尔比为(1-10) (1-10)；
b.搅拌至水溶性高分子完全溶解，溶液在20-80°C下缓慢蒸发直到形成溶胶，然 后溶胶在50-120°C干燥l_48h得干凝胶；C.将干凝胶用研钵研细后在空气气氛中经150-1200°c热处理0. 5_48h得黑色的 铁氧体纳米粒子。本发明制备的铁氧化物纳米粉体，粒径在5-lOOnm，远远小于常规粒子。采用水 溶性高分子聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸异丁烷基乙 酯、聚甲基丙烯酸二甲胺苄基乙酯、聚甲基丙烯酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸咪唑烷基酮羟乙 酯、纤维素衍生物、壳聚糖、海藻酸钠为配体，以价廉的可溶于水的金属硝酸盐为铁氧体 前驱体，合成了不同粒径的NixZnyCuzFe2O4(x+y+z = 1)铁氧体纳米粒子。经150_1200°C 热处理得到的样品，随着热处理温度的提高，样品其常温下磁性由超顺磁性向亚铁磁性 之间可 调。NixZnyCuzFe2O4(x+y+z = 1)铁氧体纳米粒子的饱和磁化强度和矫顽力分别为 5.00-100. 00emu/g 和 6. 00-80. OOOe。本发明水溶性高分子为配体的溶胶-凝胶法合成的铁氧纳米粉体是在短时间和 低温条件下得到粒径分布较窄的纳米材料。本发明使用无机盐为原料，解决了溶胶-凝胶 法一般难于在工业中应用的问题。本发明具有工艺简便，成本低的特点，可利用于工业化生产。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进行详细描述。实施例1将1. 19g硝酸镍，0. 47g硝酸锌，0. 19g硝酸铜，4. 84g硝酸铁溶于去离子水中，加入 IOg聚乙烯醇，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，溶液在50°C下缓慢蒸发，在70°C干燥24h得干凝 胶，将干凝胶用研钵研细后在空气气氛中经150°C热处理2h得黑色的铁氧体纳米粒子，其 粒径约为lOnm。铁氧体纳米粒子的饱和磁化强度和矫顽力分别为5. 21emu/g和6. 510e。实施例2将14. 64g硝酸镍，3. 76g硝酸铜，42. 57克硝酸铁溶于去离子水中，加入15g聚丙 烯酸，搅拌至聚丙烯酸完全溶解，溶液在40°C下缓慢蒸发，在75°C干燥12h得干凝胶，将干 凝胶用研钵研细后在空气气氛中经250°C热处理2h得黑色的铁氧体纳米粒子，其粒径约为 15nm。铁氧体纳米粒子的饱和磁化强度和矫顽力分别为31. 52emu/g和28. 420e。实施例3将9. 45g硝酸锌，9. 4g硝酸铜，53. 89克硝酸铁溶于去离子水中，加入20g聚乙二 醇，搅拌至聚乙二醇完全溶解，溶液在50°C下缓慢蒸发，在70°C干燥30h得干凝胶，将干凝 胶用研钵研细后在空气气氛中经450°C热处理5h得黑色的铁氧体纳米粒子，其粒径约为 15nm。铁氧体纳米粒子的饱和磁化强度和矫顽力分别为43. 21emu/g和38. 510e。实施例4将48. 4g硝酸铁，11. 9g硝酸镍，6. 61g硝酸锌，48. 4g硝酸铁溶于去离子水中， 加入聚甲基丙烯酸异丁烷基乙酯20g，搅拌至聚甲基丙烯酸异丁烷基乙酯完全溶解，溶液 在80°C下缓慢蒸发，在110°C干燥15h得干凝胶，将干凝胶用研钵研细后在空气气氛中经 550°C热处理2. 5h得黑色的铁氧体纳米粒子，其粒径约为17nm。铁氧体纳米粒子的饱和磁化强度和矫顽力分别为55. 61emu/g和79. 310e。实施例5
将2. 38g硝酸镍，0. 95g硝酸锌，0. 38g硝酸铜，48. 4g硝酸铁溶于去离子水中，加 入15g羧甲基纤维素，搅拌至羧甲基纤维素完全溶解，溶液在70°C下缓慢蒸发，在120°C干 燥40h得干凝胶，将干凝胶用研钵研细后在空气气氛中经800°C热处理2h得黑色的铁氧体 纳米粒子，其粒径约为20nm。铁氧体纳米粒子的饱和磁化强度和矫顽力分别为68. 52emu/g 和 43. 410e。实施例6将118. 95g硝酸镍，47. 25g硝酸锌，18. 8g硝酸铜，484g硝酸铁溶于去离子水中， 加20g壳聚糖，搅拌至壳聚糖完全溶解，溶液在80°C下缓慢蒸发，在120°C干燥50h得干凝 胶，将干凝胶用研钵研细后在空气气氛中经1050°C热处理5h得黑色的铁氧体纳米粒子，其 粒径约为20nm。铁氧体纳米粒子的饱和磁化强度和矫顽力分别为70. 61emu/g和31. 230e。
权利要求
一种水溶性高分子为配体的溶胶-凝胶法合成NiZnCu铁氧体纳米粒子的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下a.按化学式NixZnyCuzFe2O4的摩尔比称量好的镍、锌、铜和铁的水溶性无机盐，其中x+y+z＝1，溶于去离子水中，加入水溶性高分子，控制水溶性高分子中的羟基、或羧基、或氨基、或羰基、或所含的其他不饱和双键基团与水溶性无机盐的摩尔比为1-10∶1-10；b.搅拌至水溶性高分子完全溶解，溶液在20-80℃下缓慢蒸发直到形成溶胶，然后溶胶在50-120℃干燥1-48h得干凝胶；c.将干凝胶用研钵研细后在空气气氛中经150-1200℃热处理0.5-10h得黑色的铁氧体纳米粒子。
2.一种按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的水溶性高分子为聚乙烯醇、聚乙 二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸异丁烷基乙酯、聚甲基丙烯酸二甲胺苄基 乙酯、聚甲基丙烯酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸咪唑烷基酮羟乙酯、纤维素衍生物、壳聚糖、海藻 酸钠中的一种。
全文摘要
本发明合成了NixZnyCuzFe2O4(x+y+z＝1)铁氧体纳米粉体，其粒径在5-100nm。采用水溶性高分子聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸异丁烷基乙酯、聚甲基丙烯酸二甲胺苄基乙酯、聚甲基丙烯酸丙烯酯、聚甲基丙烯酸咪唑烷基酮羟乙酯、纤维素衍生物、壳聚糖、海藻酸钠为配体，以价廉的可溶于水的金属无机盐为铁氧体前驱体，合成NixZnyCuzFe2O4(x+y+z＝1)铁氧体纳米粒子。本发明水溶性高分子为配体的溶胶-凝胶法合成的铁氧纳米粉体是在短时间和低温条件下得到粒径分布较窄的纳米材料。本发明使用无机盐为原料，解决了溶胶-凝胶法一般难于在工业中应用的问题。本发明具有工艺简便，成本低的特点，可利用于工业化生产。
文档编号C04B35/624GK101880156SQ20101022786
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者尹静波, 张瑛, 朱捷, 钱维, 颜世峰, 饶水琴 申请人:上海大学