铁镍纳米合金的制备与表征

Abstrac t: F e-N i a lloyed nanopartic les w ere prepa red by reducing the ir salt w ith N aBH4 Structures, partic le featu res, ox idation behav io rs and m agnetic properties of the samp les w ere investigated by XRD, D SC, SEM and VSM The resu lts show thatw hen hea ted at 500 unde r N2, the sam ple is converted from armphous a lloy to crysta l state T he nanopartic les are sphe rica l and chainlike The average partic le s ize is 30nm T he sam ples are stable in a ir at room tem perature T he saturation m agnetization and coerc ives force is 89 6em u g-1 and zero, respec tive ly The samp les exh ib ited superaram agnetiza tion a t room tem perature
2 结果与讨论
2 1 XRD 表征 图 1为真空干燥样品的 XRD图。从图 1可以
看出, 没有任何明显的特征峰, 说明制备的黑色合 金粉末是无定形的。
收稿日期: 2007-09-12; 修回日期: 2008-01-25 基金项目: 江苏省无机及其复合新材料重点实验室资助项目 联系人简介: 罗驹华 ( 1972-) , 男, 副教授, 主要从事纳米材料的制备与应用研究。 E-m ai:l luo juhua@ 163 com
第 8期
罗驹华等: 铁镍纳米合金的制备与表征
图 1 真空干燥样品的 XRD 图 F ig 1 XRD pattern of Fe-N i nanoparticle
1 019
图 2 氮气保护下 500 焙烧样品的 XRD 图
F ig 2 XRD patte rn of Fe-N i nanopartic le afte r fired in n itrogen atmo sphere a t 500
图 2是黑色粉末样品在氮气保护下, 500 焙
烧后的 XRD图。在 2 为 44 16 、51 55 和 76 05
处的衍射 峰可 分别 归属于 Fe-N i 合金的 ( 111 )、 ( 200)和 ( 220) 晶面。可见, 黑色粉末在氮气保护
下, 500 焙烧, 能得到 F e-N i合金。用 Schem er公
[ 6] L iao Q L, T annenbaum R, W ang Z L Synthesis o f FeN i3 alloyed nanopa rtic les by hydrothe rm al reduction [ J ] J Phy s Chem B, 2006, 110: 14262-14265
[ 4 ] G orr ia P, M art nez-B lanco D, P rez M J, et al Structure and m agnetism of Fe- rich nanostructured F e-N i m etastab le so lid solutions [ J] J ournal of M agnetism and M agnetic M ater ials, 2005, 294: 159-164
关键词: 纳米; 铁钴镍合金; 制备; 表征 中图分类号: O 6Байду номын сангаас1 4 文献标识码: A
铁镍纳米合金在高密度磁记 录材料、吸波隐 身材料及高效催化剂等领域具有 广泛的用途, 近 年来在国内外倍受关注 [ 1-3] 。目前制备方法主要 有: 高能球磨法 [ 4] 、脉冲激光法 [ 5] 、水热还原法 [ 6 ] 和微波等离子体法 [ 7] 等, 这些方法存在成本高、产 品均匀性差等缺点。液相法制备纳米材料由于具
有工艺简单、效率高 和成本低等优点而被广泛采 用。本研究以 N aBH 4 为还原剂, 采用液相还原法 制备出了铁镍纳米合金。
1 实验
1 1 试剂 实验所用化学试剂的名称、纯度及生产厂家
见表 1。
表 1 实验所用化学试剂
T ab le 1 R aw ma teria ls used in the exper im ent
LUO Ju-hua*
( Jiangsu P rov inc ial K ey L aboratory of Eco-env ironm enta lM ater ia ls, Y ancheng Institute o f T echno logy, Y ancheng 224003, Ch ina)
力较强, 在常温下不易被氧化。
图 3 F e-N i合金的 DSC 图
F ig 3 D SC curve o f F e-N i nanoparticle
2 3 SEM 表征 图 4为 F e-N i合金的 SEM 图。从图 4可以看
出, Fe-N i合金颗粒呈球形, 平均粒径为 33nm, 与 Schem er公式计算结果一致。 2 4 VSM 表征
还原法制备出了纳米 F e-N i合金。在氮气保护下, 500 焙烧, 样品由无定形态转化为晶态。颗粒呈 球形, 平均粒径为 30nm。 Fe-N i合金的抗氧化 能 力较强, 在常温下不易被氧化。 F e-N i合金的饱和 磁化强度为 89 6emu g-1, 矫顽力趋近于零, 呈现 超顺磁性。
[ 5] Zhang W G, Jin Z G R esearch on successive preparation of nano-FeN i alloy and its e thano l so l by pulsed laser ablation [ J] Science in China Ser B Chem istry, 2004, 47 ( 2) : 1 59-1 65
德国 LEO 公司 LEO-1530VP 型扫描电镜。考 虑到镀金会对颗粒 粒度产生影响, 直接将样品 放 在铜台上观察。
德国 N etzsch公司 STA 449C 型热分析仪。测 量温度范围为 0-1000 , 升温速率为 10 /m in。
美国 LD J公司 9600-1 型振动样品磁强计, 温 度为 25 。
名称 硫酸亚铁 氯化镍
油酸 硼氢化钠 无水乙醇 氢氧化钾
分子式
F eSO4 7H 2O N iC l2 6H 2O C17H 33COOH
N aBH 4 CH 3CH 2OH
KOH
纯度 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯
生产厂家 上海焱晨化工实业有限公司
宜兴市第二化学试剂厂 上海凌峰化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司
图 5 F e-N i合金的磁滞回线 F ig 5 H ysteres is loops at 25 in a fie ld of
10kO e fo r Fe-N i nanoparticle
磁场强度为 88 9emu g-1, 矫顽力趋近于零, 呈现 超顺磁性。
F e-N i纳米合金呈现超顺磁性可由 H erzer 的 无规取向各向异性模型来解释 [ 8] 。由于纳米合金 晶粒度细小, 晶粒本身的磁晶各向异性能小到 可 与热运动能相比拟, 并且由于近邻晶粒的交换 作
[ 8 ] H erzer G Soft m agnetic nanocrystalline m ater ia ls [ J] S crip ta M etallM ater, 1995, 33( 11): 1741-1756
P reparation and characterization of Fe-N i alloyed nanoparticles
式计算可得 F e-N i合金的平均粒径为 30nm。
2 2 DSC表征
图 3为 F e-N i合金的 DSC 图。从图 3可以看 出, 在 320 和 370 之间有一个大的放热 峰, 为 其氧化峰。可见无定形的 F e-N i合金的抗氧化能
图 4 F e-N i合金的 SEM 图 F ig 4 SEM m icrog raph of Fe-N i nanoparticle
宜兴市第二化学试剂厂
1 2 实验方法
将 F eSO4 7H2 O、N iC l2 6H 2 O 分别配成水溶 液 ( Fe2+ 和 N i2+ 的摩尔比为 1: 1) , 加入一定量的 油酸, 在不断搅拌下混合均匀。在 30 的水浴条 件下, 滴加 N aBH 4 和 KOH 的混合溶液, 同时剧烈 搅 拌, 待 有 沉 淀 生成, 再 连 续搅 拌 60m in, 陈 化
[ 2 ] M chenry M E, L aughlin D E N ano-sca le m ater ia ls deve lopm en t for future m agnetic app licationsp [ J] A cta M ater ials, 2000, 48: 223-238
[ 7] Son S, T ahe riM, Ca rpenter E, et a l Synthes is o f ferr ite and n icke l fe rrite nanoparticles using rad io- frequency therm al plasm a torch [ J] Journal of App lied P hy sics, 2002, 91 ( 10): 7589-7591
60m in, 产物经抽滤, 去离子水洗涤 1-2次, 无水乙 醇洗涤 2-3次, 真空干燥得到黑色粉末样品。黑色 粉末样品在氮气保护下, 500 焙烧得到 F e-N i纳 米合金。 1 3 测试仪器
日本理学的 D /MAX型 X射线衍射仪, Cu靶幅 射, 管电压 40kV, 管电流 30mA。粉体的晶粒尺寸采 用步进扫描法测定, 以硅粉为标准物, 狭缝参数: 发 散狭缝 DS= 1 , 散射狭缝 SS= 1 , 接收狭缝 RS= 0 2mm, 步长为 0 005 。应用 Scherrer公式计算晶 粒尺寸, D = K / ( cos ) , 其中 D 为晶 粒尺寸 ( nm ), 为半高宽度 ( rad), 为衍射角 ( ), 为 X 射线波长, 0 154178nm。
10 20
化学研究与应用
第 20卷
用以及静电偶合作用, 使得宏观有效磁晶各向异 性能近似为零, 易磁化方向会作无规律的变化, 结 果呈现超顺磁性。
3 结论
以 N aBH4 为还原剂, 油酸为分散剂, 采用液相
参考文献:
[ 1] T arta jP, M o ra lesM P, G onz lez-Carren T, et al A dvances in m agnetic nanoparticles for b iotechno logy app lications [ J] J ournal of M agnetism and M agnetic M aterials, 2005, 290-291: 28-34
第 20卷第 8期 2008年 8月
化 学研究与应用 Chem ica lR esea rch and A pp lication
文章编号: 1004-1656( 2008) 08-1018-03
铁镍纳米合金的制备与表征
V o l 20, N o 8 A ug , 2008
罗驹华*
( 盐城工学院江苏省生态环境材料重点建设实验室, 江苏 盐城 224003)
[ 3] T eun issenW, de G root F M F, G eus J, e t a l The structure of ca rbon encapsu lated N iF e nanopartic les[ J] J ournal of Catalysis , 2001, 204: 169-174
图 5是 Fe-N i合金在磁场强度为 10kO e, 温度 为 25 时的磁滞回线。从图 5可以看出, 当外加 磁场强度小于 6kO e时, 样品的磁化强度随外加磁 场强度的增加而显著增大, 当外加磁场强度大于 6kOe时, 随着外加磁场强度的增加, 样品的磁化 强度缓慢增大, 直至达到饱和。 F e-N i合金的饱和