专利名称：软磁管包覆硬磁线型纳米同轴电缆及其制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别是提供了一种软磁管包覆硬磁线型纳米 同轴电缆及其制备方法，适用于软/硬磁交换弹簧纳米同轴电缆的制备。
背景技术：
交换弹簧的一个主要用途是制造高性能的永磁材料，1991年，E. F. Kneller等 提出了制备永磁材料的新原理，当具有纳米尺度的软磁材料和硬磁材料形成复合材料 时，将产生交换耦合作用，促使剩磁增强效应出现，产生高的磁能积。这种纳米交换 耦合永磁体被认为是开发第四代永磁的重要途径。永磁体要求尽可能大的矫顽力和饱 和磁化强度，硬磁材料的矫顽力虽然比较大，但其饱和磁化强度比软磁材料低。交换 弹簧中硬磁相具有高的矫顽力，软磁相具有高的饱和磁化强度，将他们结合在一起， 可以得到性能良好的永磁材料。目前制备纳米交换耦合永磁体的主要方法是熔体快淬 法。首先熔炼合金铸锭并用水冷铜辊快淬熔体获得非晶薄带，然后，在一定的温度下 退火"自然"析出包含永磁相和软磁相颗粒的纳米结构材料。但是实验上制得的纳米 交换耦合永磁体的最大磁能积比理论预期的低很多，因此，发展新的制备技术，通过 人工合成方法制备纳米交换耦合材料是提高最大磁能积的关键。目前制备的人工复合 结构主要是通过溅射或外延的方法制备硬/软磁双层膜或多层膜，包括NdFeB/ Fe、 SmCo/Fe、 FePt/Fe等，所需设备通常较为昂贵，且所制备材料在只在其中一维尺寸为 纳米级，不利于未来器件小型化的要求，当前器件小型化的趋势也对永磁材料朝更小 尺度迈进提出更高要求。
获得好的永磁性能通常采用两种方法， 一种是具有大的磁晶各向异性的材料，另 一种是具有大的形状各向异性的材料。通过人为设计，使具有大磁晶各向异性的材料 同时具有大的形状各向异性，可以更好的发挥材料的永磁性能。在一维硬磁材料外包 覆一层软磁材料，可以提升材料的饱和磁化强度，增大磁能积。而根据Slater-Pauling 曲线，铁钴合金在钴含量约30%时具有最大的磁化强度，这是目前发现的过渡金属及合 金中具有最大饱和磁化强度的材料。 发明内容本发明的目的是提供一种软磁管包覆硬磁线型纳米同轴电缆及其制备方法，且制 备成本较低，而且还具有高矫顽力、高性能等特点。
根据本发明目的，我们所提出的解决方案是，采用软硬磁耦合的准一维纳米同轴 电缆，在材料的磁晶各向异性之外又增加了形状各向异性，同时由于软硬磁材料间的 交换耦合作用，在矫顽力不太减小的情况下大大增加材料的饱和磁化强度，从而提高 材料的磁性能。
本发明的同轴电缆为双层同轴复合结构，由内部线状磁芯和外部管状材料组成， 内部线状磁芯由FePt、 CoPt或FeCoPt—维硬磁纳米线组成，外部包覆Fe、 Co、 Ni金 属或合金软磁纳米管，形成FeCoNi/FeCoPt交换弹簧纳米同轴电缆。
FeCoNi/FeCoPt交换弹簧纳米同轴电缆的直径在15 nm 250 nm,硬磁相纳米线直 径5 nm 247 nm,软磁相纳米管管壁厚度3 nm 50 nm。硬磁相FexCoyPt(l-K-y)其中 0.4《(x+y)《0. 6， 0《x《0. 6;软磁相Fe,CoyNi(,")其中0《x《l， 0. 3《y《0. 7。
本发明交换弹簧纳米同轴电缆的制备方法是，先采用电化学阳极氧化方法制备多 孔氧化铝模板，通过控制氧化电压，孔洞直径可以调控。后采用模板浸润法在模板孔 洞的四周生成Fe,COyNU卞y)合金纳米管，然后通过电化学沉积方法在管中生长硬磁纳米 线，制备工艺为
1、 将多孔氧化铝模板浸入到配置好的硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍的一种或混合溶液 中10 60分钟，成分比例通过改变混合盐溶液的摩尔比来实现。
2、 将模板取出放入烘箱，4CrC 8(TC烘干。后在氢气气氛中350。C 56(TC还原 0. 5 5小时，生成合金Fe,COyNi(,—x—y)纳米管；其中0《x《l' 0. 3《y《0. 7。
3、 把载有FexCOyNid-^纳米管的多孔模板作为二次模板，通过交流电化学沉积在 孔洞中生长FePt纳米线，电解液为FeCl2、 CoCl2、 PtCU H3B(V混合溶液。在沉积过 程中外加诱导磁场(100 0e 5000 0e)，方向平行于纳米线长轴方向；其中 0. 4《(x+y)《0. 6， 0《x《0. 6。
4、 将制备好的样品在真空下40(rC 80(TC处理20 80分钟，同时也可以外加一 个磁场，外加磁场100 0e 5000 0e，方向垂直于模板平面方向。
本发明的特点是制备出一种新型的纳米永磁一维材料，不同于原有一维磁性材 料，该材料根据交换弹簧理论，采用硬磁纳米线外包覆软磁相纳米管组成同轴结构。 该种结构可以有效提高材料的永磁性能。该方法采用的阳极氧化铝模板中的孔洞垂直 于模板表面生长且相互平行排列，故所制备出的交换弹簧同轴电缆阵列也为平行排列。该阵列膜可以整体使用或采用NaOH溶液溶解氧化铝模板后使用单独的一维永磁材料。
图1为交换弹簧一维纳米永磁材料示意图
图2. (a)实施例中得到的FeuCou纳米管透射电镜照片(b)在铁钴纳米管中生长 Fe。. 5Pt。. 5纳米线后的透射电镜照片具体实施方式
实施例
将高纯铝片在400 'C真空退火4小时。退火后的铝片放入无水乙醇中超声1分钟， 取出后放入0.3 mol/L NaOH中超声3分钟，用去离子水洗净，吹干。将处理好的铝片 放入无水乙醇和高氯酸混合液中(4: 1)通1A电流进行电抛光1.5分钟。将铝片取出 洗净后放入0. 3 mol/L H3P04溶液中进行电化学氧化，氧化电压120 V,氧化时间3小时， 得到多孔氧化铝模板。将氧化铝模板浸入到配置好的硝酸铁和硝酸钴(摩尔比7: 3) 饱和溶液中约30分钟，将模板取出放入烘箱，6(TC烘干。管式炉中35(TC煅烧3小时。 重复浸泡，烘干，煅烧过程三次。将制备好的样品在氢气气氛中40(TC还原3小时。得 到镶嵌于多孔模板中的FeCo纳米管。将该模板浸入0.2 mol/L FeC],, 0.3 g/L PtCL， 0.4 mol/L H3B(V混合溶液中，采用交流200 Hz， 12V电沉积，对电极为石墨电极。将 制备好的样品在10-3 Pa真空中外加2000 0e磁场在530 'C下保温30分钟，磁场方向 垂直于模板平面方向。炉冷至室温，此时多孔模板中即为软磁管包覆硬磁线型纳米同 轴电缆。
权利要求
1.一种软磁管包覆硬磁线型纳米同轴电缆，其特征在于双层同轴复合结构，由内部线状纳米磁芯和外部管状材料组成，内部线状磁芯由FePt、CoPt或FeCoPt一维硬磁相纳米线组成，外部包覆Fe、Co、Ni金属或合金软磁纳米管，形成FeCoNi/FeCoPt交换弹簧纳米同轴电缆。
2、 根据权利要求l所述的同轴电缆，其特征在于FeCoNi/FeCoPt交换弹簧纳米同轴电缆的直径在15 nm 250 nm，硬磁相纳米线直径5 nm 247 nm，软磁相纳米管管壁厚度3 nm 50 nm。
3、 根据权利要求2所述的同轴电缆，其特征在于硬磁相FexCoyPt(h—y)其中0.4《(x+y)《0.6， 0《x《0.6;软磁相FexCoyNi(1-x—力其中0《x《l， 0《y《0. 7。
4、 一种制备权利要求l所述同轴电缆的方法，其特征在于工艺为A. 将多孔氧化铝模板浸入到配置好的硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍的一种或混合溶液中10 60分钟，成分比例通过改变铁、钴和镍的硝酸盐的摩尔比来实现；B. 将模板取出放入烘箱，40。C 8(TC烘干；后在氢气气氛中350 °C 560 。C还原0.5 5小时，生成合金PexCoyNi(,")纳米管，其中0《x《l， 0《y《0. 7;C. 把载有Fe,CoyNi(,ty,纳米管的多孔模板作为二次模板，通过电化学沉积在孔洞中生长Fe,CoyPtd力)纳米线，电解液为FeCl2、 CoS04、 PtCl2和&803混合溶液；在沉积过程中外加诱导磁场100 0e 5000 0e，方向平行于纳米线长轴方向；其中0. 4《(x+y)《0. 6， 0《x《0. 6;D. 将制备好的样品在真空下400 °C 800 。C处理20 80分钟，同时也可以外加一个磁场，外加磁场IOO 0e 50Q0 0e,方向垂直于模板平面方向。
全文摘要
一种软磁管包覆硬磁线型纳米同轴电缆及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。同轴电缆为双层同轴复合结构，由内部线状纳米磁芯和外部管状材料组成，内部线状磁芯由FePt、CoPt或FeCoPt一维硬磁相纳米线组成，外部包覆Fe、Co、Ni金属或合金软磁纳米管，形成FeCoNi/FeCoPt交换弹簧纳米同轴电缆。制备方法先采用模板浸润法在多孔阳极氧化铝模板中制备软磁性合金纳米管，后采用电化学沉积的方法在纳米管中生长纳米线。本发明的优点在于实现了真正意义上的纳米尺寸永磁材料，制备方法简单。
文档编号H01F1/01GK101667480SQ200910093538
公开日2010年3月10日 申请日期2009年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者栋 周, 方以坤, 朱明刚, 卫 李, 睿 赵 申请人:钢铁研究总院