CN102233432B - 一种L10相CoPt纳米颗粒的制备方法 - Google Patents
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本发明属于材料制备技术领域，具体的说是一种具有高磁晶各向异性、应用于高密度磁记录材料的L10相CoPt纳米颗粒的制备方法，该方法采用溶胶-凝胶法，并按摩尔比为1∶1∶1.5称量氯铂酸、硝酸钴和柠檬酸作为反应原料，将称量好的原料分别加入到三个装有去离子水的容器中进行混合，充分搅拌得到湿溶胶，再将湿溶胶放到干燥箱中干燥得到干凝胶，随后将干燥箱升温进一步脱水膨化得到CoPt纳米颗粒前驱体，最后在惰性气氛中将前驱体在高温下热处理2小时，随炉冷却，得到最终产品。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体的说是一种具有高磁晶各向异性、应用于高密度磁记录材料的L10相CoPt纳米颗粒的制备方法。
背景技术
随着信息产业的飞速发展，21世纪是通信、广播和电子计算机技术三位一体的“信息世纪”。如果考虑到资料保存的一般要求为10～30年，则累积、保存和处理的信息将达到惊人的地步，而大容量存储技术在信息处理、传递和保存中占据相当重要的地位。因此，高密度、大容量、高速度及低成本的信息存储一直受到人们极大的关注。这就必然激励研究者们去开发创造新的存储技术，来继续满足人类对更大容量信息存储***的需求。
最近，由于CoPt磁性纳米材料具有独特的单轴磁晶各向异性、高矫顽力、高居里温度及稳定的物理化学性质，成为目前磁性纳米材料研究的一个热点。为了得到粒径分布均匀、分散性足够好、磁性能优异的CoPt磁性纳米颗粒，人们利用不同的制备方法对其进行了大量的研究，主要包括物理方法、化学方法、反胶束法等。2002年，在《Appl.Phys.Lett.》杂志上，A.C.C.Yu等人利用反相胶束法制备出2-5nm的CoPt纳米颗粒，经550℃以上热处理发生A1相到L10相的转变，成分为Co50Pt50的样品矫顽力最高达到5500Oe，但是退火温度升至600℃矫顽力也没有发生明显的提高。2006年，在《J.Magn.Magn.Mater.》杂志上，X.Y.Du等人利用液相还原法制备了CoPt纳米颗粒，尺寸为2.6nm。但是他们所选用的硼氢化钠做还原剂制备的CoPt纳米颗粒，容易产生硼的络合物，中间产物的出现难免引入杂质，使CoPt磁性纳米颗粒的磁性受到严重的影响。2002年，在《J.Appl.Phys.》杂志上，M.Chen等人通过高温液相还原乙酰丙酮化铂和亚硝酰基化钴，得到非常均匀的球状Co48Pt52纳米颗粒，透射电镜图显示颗粒尺寸平均在7nm左右，经700℃退火3h得到发生A1相到L10相的相变，磁滞回线表明有非常好的磁学性质。上述方法制备的CoPt磁性纳米颗粒的尺寸一般比其相应的合金材料小很多，大多数在单畴的临界尺寸以内，而得到的矫顽力与合金材料相当，这对实现超高密度磁存储是非常有益的。但是，上述方法也存在着诸多问题：大部分研究小组选用的反应样品多为挥发性剧毒有机化合物，制备过程中工艺复杂且操作困难，这就限制了用这些方法进行大规模生产的可能。因此，如何寻找一种简单且重复性好的方法来制备具有良好磁性能的CoPt纳米颗粒，仍然是CoPt纳米颗粒实际应用进程中一个亟待解决的难题，需要人们进一步的探索和研究。
溶胶-凝胶方法由于操作简单、可控性强而被广泛用于氧化物纳米颗粒的合成，但此方法在金属合金纳米材料合成中存在着易氧化的问题，所以目前有关利用这一方法合成CoPt纳米粉体的报道很少。而我们以氯铂酸、硝酸钴和柠檬酸为原料，利用溶胶-凝胶法获得了前驱体样品，并利用其在热处理过程中可释放出具有还原的一氧化碳气体的特性，有效地解决了利用溶胶-凝胶方法合成CoPt纳米颗粒过程中的氧化问题，得到了单相的L10相CoPt纳米颗粒。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中溶胶-凝胶方法在金属合金纳米材料合成中存在的易氧化的问题，提供一种操作简单、可控性强的L10相CoPt纳米颗粒的制备方法。
本发明的目的是这样实现的，该方法是采用溶胶-凝胶法，将金属盐和柠檬酸的水溶液进行反应，通过干燥、烧结得到最终产物。
本发明具体制备L10相CoPt纳米颗粒的做法是：该方法采用溶胶-凝胶法，并按摩尔比为1∶1∶1.5称量氯铂酸、硝酸钴和柠檬酸作为反应原料，将称量好的原料分别加入到三个装有去离子水的容器中进行混合，充分搅拌得到湿溶胶，再将湿溶胶放到干燥箱中干燥得到干凝胶，随后将干燥箱升温进一步脱水膨化得到CoPt纳米颗粒前驱体，最后在惰性气氛中将前驱体在高温下热处理2小时，随炉冷却，得到最终产品。
还可以在混合步骤中按照摩尔比为1∶1000将溶于乙醇溶液的正硅酸乙酯[C8H20O4Si]加入到氯铂酸、硝酸钴和柠檬酸的混合水溶液中，采用这一措施后可以提高颗粒的分散性，得到更均匀分散的CoPt纳米颗粒。
本发明的优点在于：
1、本发明方法溶胶-凝胶法制备L10相CoPt纳米颗粒的合成工艺操作简单、可控性强、各组分混合均匀性好，而且该方法制备的L10相CoPt纳米颗粒适合于大规模生产；
2、本发明方法通过在不同温度下进行热处理，进而可以得到不同粒度的L10相CoPt纳米颗粒；
3、本发明方法参与反应的除Co离子和Pt离子，其它离子均以气体等方式释放，不易引入杂项；
4、本发明方法所制备颗粒的分散性好，尺寸分布均匀。
附图说明
图1是本发明方法600℃退火2小时得到的L10相CoPt纳米颗粒的XRD谱图。
图2是本发明方法700℃退火2小时得到的L10相CoPt纳米颗粒的XRD谱图。
图3是本发明方法700℃退火2小时得到的L10相CoPt纳米颗粒的TEM图像。
图4是本发明方法700℃退火2小时得到的L10相CoPt纳米颗粒的VSM谱图。
图5是本发明方法制备工艺流程图。
具体实施方式
从图1和图2中可以看到，得到的样品均为单相L10相CoPt纳米颗粒，没有任何杂相存在。而且随着温度增加，样品的结晶程度更好，且粒度明显增大。通过谢乐公式计算发现，样品在600℃和700℃退火的粒度分别约为10nm和15nm。
如图3所示，样品由分散性较好、粒度分布均匀的圆球形颗粒组成，其平均颗粒尺寸约为15nm，这与XRD计算结果相同。
在图4中，从样品的磁滞回线可以看到，样品具有铁磁性，其矫顽力达到3300Oe。
具体制备工艺步骤如下：
1、所有用于制备本发明的化学原料都是分析纯的。分别按等摩尔比称取0.002mol六水合氯铂酸[H2PtCl6·6H2O]和0.002mol六水合硝酸钴[Co(NO3)2·6H2O]，再称取摩尔数是六水合硝酸钴1.5倍的0.003mol一水合柠檬酸[C6H8O7·H2O]；
2、将称量好的三种原料分别放入三个250ml的容器中，每个容器中再分别加入50ml、50ml、100ml的去离子水，并分别标号为A、B、C；
3、将A、B、C号溶液分别放在磁力搅拌器上搅拌30分钟后，将A、B号溶液混合得到D号溶液，再将D号溶液搅拌1小时。最后将C号溶液倒入到D号溶液中，搅拌2小时最终得到均匀混合的湿溶胶(标号为E)；
4、将E号湿溶胶放到干燥箱中于80℃恒温干燥24小时得到干凝胶，随后视其膨化的程度适当提高膨化温度(120～140℃)使干凝胶进一步脱水5小时得到CoPt纳米颗粒前驱体。
5、将CoPt纳米颗粒前驱体取出装入到坩埚中，在惰性气氛中(通入Ar气)将前驱体在不同温度下(600～1000℃)热处理2小时。进而通过不同的退火温度实现对纳米颗粒尺寸的控制。
6、热处理后随炉冷却，将样品在玛瑙研钵进行充分的研磨，就会制得粒度分散均匀、具有良好磁性能的L10相CoPt纳米颗粒，并实现对纳米颗粒尺寸的控制。
Claims (4)
1.一种L10相CoPt纳米颗粒的制备方法，其特征在于：该方法采用溶胶-凝胶法，并按摩尔比为1：1：1.5称量氯铂酸、硝酸钴和柠檬酸作为反应原料，将称量好的三种反应原料分别放入三个250ml的容器中，每个容器中再分别加入50ml、50ml、100ml的去离子水，并分别标号为A、B、C；将A、B、C号溶液分别放在磁力搅拌器上搅拌30分钟后，将A、B号溶液混合得到D号溶液，再将D号溶液搅拌1小时；最后将C号溶液倒入到D号溶液中，充分搅拌2小时最终得到均匀混合的湿溶胶E，再将湿溶胶E放到干燥箱中干燥得到干凝胶，随后将干燥箱升温进一步脱水膨化得到CoPt纳米颗粒前驱体，最后在惰性气氛中将前驱体在高温下热处理2小时，随炉冷却，得到最终产品。
2.根据权利要求1所述的一种L10相CoPt纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的氯铂酸为六水合氯铂酸、硝酸钴为六水合硝酸钴、柠檬酸为一水合柠檬酸。
3.根据权利要求1所述的一种L10相CoPt纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的湿溶胶E经80℃恒温干燥24小时得到干凝胶，干凝胶在120~140℃进一步脱水膨化5小时得到CoPt纳米颗粒前驱体。
4.根据权利要求1所述的一种L10相CoPt纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的CoPt纳米颗粒前驱体在高纯Ar惰性气氛中在600~1000 ℃间的温度下热处理2小时，随炉冷却，在玛瑙研钵进行充分的研磨，制得具有良好磁性能的L10相CoPt纳米颗粒。
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