宁波材料所硬磁纳米颗粒合成方法及生长机制研究获进展

发布时间：2014/12/29 0:05:07

磁性纳米颗粒在催化、生物医用、磁记录以及高性能永磁体等领域都具有重要的应用前景。在这些应用以及相关研究中，纳米颗粒的尺寸、形貌对磁性及其相关性能影响至关重要，因此如何探索出一种简便的纳米颗粒的合成方法具有重要的意义。在各种磁性纳米材料中，化学有序的L10结构的Co(Fe)Pt纳米颗粒由于具有高的磁晶各向异性和良好的化学稳定性，受到了广泛的关注。对Fe(Co)Pt纳米颗粒的可控制备，一般采取的方法是化学液相热分解，得到化学无序的FCC结构的Fe(Co)Pt，需要进一步在550度以上的高温退火获得化学和磁有序的L10结构。为了避免高温退火中出现的纳米颗粒团聚和长大现象，研究者一般采用的是在Fe(Co)Pt表面包覆一层保护层如SiO2等物质，退火后去除的方法。这种方法实验步骤繁琐，并且在退火、去除包覆物后颗粒尺寸分散度变大。后来又发展了一种盐床退火的方法，即利用NaCl颗粒隔绝Fe(Co)Pt来避免高温退火时的团聚长大现象。退火后NaCl用简单的水洗的方法就可以去除，得到L10结构的Fe(Co)Pt纳米颗粒。这种方法较之前的包覆饱和层的方法有了很大的改进，但是仍需要两步，并且在纳米颗粒分离过程中也会造成颗粒的损失，使纳米颗粒的产量/率进一步降低。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所中科院磁性材料与器件重点实验室纳米磁性材料研究团队杜娟课题组发展了一种固相烧结制备纳米颗粒的方法，与传统的L10-Fe(Co)Pt纳米颗粒采用的液相热分解然后高温退火两步合成方法不同的是，该固相烧结方法可以一步合成出L10结构的硬磁纳米颗粒。所制备的Fe(Co)Pt纳米颗粒具有高度的结晶性、单分散性，平均尺寸为12nm的L10结构。在用一步固相烧结法成功制备出L10结构Fe(Co)Pt的同时，深入研究了固相烧结法合成硬磁纳米颗粒的生长过程。传统的液相合成纳米颗粒的生长机制普遍认为的为奥斯特瓦尔德熟化过程，即在纳米颗粒形核和长大过程中小颗粒逐渐溶解，大颗粒不断长大。而固相法合成纳米颗粒的过程中要经过纳米颗粒团簇阶段，然后多晶团簇颗粒通过重结晶长成单晶纳米颗粒。该方法申请了两项中国发明专利：一种在基片上生长纳米颗粒的方法，申请号：201410190388.6；一种制备化学和磁有序相纳米颗粒的方法，申请号：201410437402.8。相关工作获得国际同行专家的高度评价，文章发表在英国皇家化学学会期刊Nanoscale 7,975,2015。

这一研究成果是继该研究组在实现了FePt纳米颗粒的形貌控制[IEEE T. Trans. 49,3307(2013); 50,2102704(2014), 中国发明专利：一种磁性纳米颗粒形貌控制的方法，申请号：201210205994.1]、尺寸控制[Nanoscale, 5,2454,2013。中国发明专利：一种粒径可调控的磁性纳米合金颗粒的制备方法，申请号：201210207877.9]之后的又一突破性研究进展。该系列工作获得了国家自然基金青年基金及*青年基金项目、国家“973”项目、中科院重点部署项目、浙江省杰出青年基金等项目的资助。

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