磁性納米材料的制備方法

在人們所熟知的大量磁性材料中，由于不能同時(shí)滿足高飽和磁化強(qiáng)度和穩(wěn)定性高的要求，飽和磁化強(qiáng)度高但穩(wěn)定性低的材料應(yīng)用在一定程度上受到了限制。目前可選作磁性微粒的僅有少數(shù)幾種，主要為金屬氧化物，如三氧化二鐵（Fe2O3）、 MFe2O4(M=Co，Mn，Ni)、四氧化三鐵（Fe3O4），二元和三元合金，如金屬鐵、 鈷、鎳及其鐵鈷合金、鎳鐵合金，以及釹鐵硼(NdFeB)、鑭鈷合金（LaCo）合 金等，它們的穩(wěn)定性(即抗氧化能力)依次遞減，但飽和磁化強(qiáng)度卻按上述次序遞增。納米科技的發(fā)展，使這些磁性材料的應(yīng)用成為可能，目前，磁性材 料納米化已成為材料科學(xué)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

磁性納米材料的制備技術(shù)決定了其性質(zhì)，關(guān)系著Z終工業(yè)應(yīng)用。目前磁性納米材料制備技術(shù)可以有多種分類，一種是分做物理法和化學(xué)法；另一種是按照物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行分類，如固相法、液相法和氣相法。其中，固相法包括非晶晶化法和高能球磨法；液相法包括噴霧法、沉積法、蒸發(fā)法、溶膠凝膠法、溶劑揮發(fā)分解法及電沉積法；氣相法包括熔融金屬反應(yīng)法、氣體冷凝法、真空蒸鍍法、濺射法、激光誘導(dǎo)法、電加熱蒸發(fā)法、混合等離子法及化學(xué)氣相沉積法等。

這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：

1、溶膠凝膠法是利用金屬有機(jī)或無機(jī)化合物作為前體，經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)物種多、產(chǎn)物顆粒均一、過程易控制、分散性好、易實(shí)現(xiàn)高純化、反應(yīng)周期短、反應(yīng)溫度低，但是制備成本高，而且還需要高溫煅燒，這對(duì)小粒徑磁性納米顆粒的合成不利；

2、非晶晶化法是在非晶基礎(chǔ)上通過退火的熱處理方式實(shí)現(xiàn)納米晶化的一種方法；

3、高能球磨法是在高能球磨機(jī)中，將幾十微米的磁性材料粗顆粒通過與研磨球、研磨罐及顆粒之間的頻繁碰撞，使這些微米的固體顆粒發(fā)生反復(fù)地被擠壓、變形、斷裂、焊合等強(qiáng)烈的塑性變形，磁性材料顆粒表面的缺陷密度增加，晶粒逐漸細(xì)化，直至形成納米級(jí)磁性顆粒。

4、球磨法工藝操作簡(jiǎn)單，成本也較低，但使用該法制備的磁性納米材料容易引進(jìn)雜質(zhì)，很難得到均勻而細(xì) 小的顆粒，同時(shí)還存在分散性較差、晶體缺陷較多、顆粒穩(wěn)定性較低、能耗很 大的缺點(diǎn)。

5、機(jī)械合金化法能制備出常規(guī)方法難以獲得的高熔點(diǎn)金屬和合金納米材料，還可以制備納米金屬間化合物、互不相溶體系的固溶體及納米晶陶瓷復(fù)合材料等，該法工藝簡(jiǎn)單、效率高，因而是制備磁性納米材料的一種有效工藝方法。

6、濺射法是工藝比較成熟的方法，產(chǎn)量大、工藝過程比較簡(jiǎn)單、成本低、晶粒度容易控制，但缺點(diǎn)是由于輥表面不可避免地存在一些缺陷，因而通過此法制得的條帶存在微裂紋等缺陷，并且利用該方法只能制備出二維的磁性納米材料薄帶。

7、沉淀法包括共沉淀法、均勻沉淀法和直接沉淀法，共沉淀法適合制備氧化物，是在混合的金屬鹽溶液中添加沉淀劑，即得到組分均勻的溶液，再進(jìn)行熱分解，特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，但產(chǎn)物純度低、粒徑大；直接沉淀法是使溶液中的金屬陽(yáng)離子直接與沉淀劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成沉淀物；均勻沉淀法是在金屬鹽溶液中加入沉淀劑溶液時(shí)不斷攪拌，使沉淀劑在溶液中緩慢生成，消除了沉淀劑的不均勻性。

8、化學(xué)氣相沉積法也稱氣相化學(xué)反應(yīng)法，制備的產(chǎn)物顆粒細(xì)小、形貌均勻，具有良好的分散性。

9、高溫分解法是在高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中加熱分解有機(jī)金屬化合物來制備納米粒子。

10、微乳液法是將2種互不相溶的液體通過表面活性劑分子作為界面膜，形成熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性的分散體系，這樣可使成核、生長(zhǎng)、聚結(jié)、團(tuán)聚等過程局限在一個(gè)微小的球形液滴內(nèi)，從而可形成球形顆粒，又避免了顆粒之間進(jìn)一步團(tuán)聚，因此，該方法所得納米顆粒粒徑分布窄，且單分散性、界面性和穩(wěn)定性 好，同時(shí)，與其他方法相比，還具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、粒徑易于控制、能耗低、 適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)。