磁場誘導(dǎo)水熱合成法制備納米材料

磁場誘導(dǎo)水熱合成法報(bào)告：李牣組員：李軍雷、岳國強(qiáng)、顧曉紅、陳梅2007年12月27日主要內(nèi)容水熱法簡介磁場誘導(dǎo)磁性金屬納米粒子線型組裝磁場誘導(dǎo)鐵氧體納米材料的取向生長水熱法基本原理

使用特殊設(shè)計(jì)的裝置，人為地創(chuàng)造一個(gè)高溫高壓環(huán)境，由于高溫高壓下水的解離常數(shù)增大、黏度大大降低、水分子和離子的活動(dòng)性增加，可使那些在通常條件下不溶或難溶于水的物質(zhì)溶解度、水解程度極大提高，從而快速反應(yīng)合成新的產(chǎn)物。水熱結(jié)晶：溶解———再結(jié)晶機(jī)理

首先營養(yǎng)料在水熱介質(zhì)里溶解,以離子、分子團(tuán)的形式進(jìn)入溶液。利用強(qiáng)烈對流(釜內(nèi)上下部分的溫度差而在釜內(nèi)溶液產(chǎn)生)將這些離子、分子或離子團(tuán)被輸運(yùn)到放有籽晶的生長區(qū)(即低溫區(qū))形成過飽和溶液,繼而結(jié)晶。水熱法生產(chǎn)的特點(diǎn)是粒子純度高、分散性好、晶形好且可控制,生產(chǎn)成本低。用水熱法制備的粉體一般無需燒結(jié),這就可以避免在燒結(jié)過程中晶粒會長大而且雜質(zhì)容易混入等缺點(diǎn)。影響水熱合成的因素有:溫度的高低、升溫速度、攪拌速度以及反應(yīng)時(shí)間等。

水熱法裝置圖密封結(jié)構(gòu)釜體壓力、溫度無機(jī)分子（反應(yīng)物）溶劑合成添加劑晶核、產(chǎn)物磁場誘導(dǎo)鈷納米晶的組裝HNNiu,etalJ.Mater.Chem.,2003,13,1–5磁場誘導(dǎo)磁性金屬納米粒子線型組裝工藝流程Co(CH3CO2)24H2O·C2H5OHMixedatroomtemperatureMixedsolutionAH2NCH2CH2NH2wasaddeddropwiseMixedsolutionBAbrownsolutionof[Co(en)3]2+80wt%[H4N2·H2O]

Teflon-linedstainlesssteelautoclavesvigorousstirringfor10minutesTHECHEMICALREACTIONFORTHESYNTHESISOFCOBALTNANOCRYSTALLITES

低溫還原過程獲得純的Co納米晶體粒徑大約10-30nm,這些鈷納米晶體積聚形成直徑大約13μm的球形粒子以降低表面能。XRDPATTERNSOFCOBALTNANOCRYSTALLITESPREPAREDAT110℃FOR36HOURSWITHA0.25TMAGNETICFIELD(A),ANDWITHOUTMAGNETICFIELD(B).

a)SEMmicrographsofCowiresobtainedat110℃for36hoursundera0.25Texternalmagneticfield,b)highermagnificationofa),andc)HRTEMimageofaparticleinthewire,showingthattheparticleissinglecrystalline.ThemagnifiedSEMimageshowsnearlyparallelwires,HRTEMsuggeststhatthewireiscomposedofConanocrystallites.

SEMmicrographsofproductspreparedat110℃for24hoursa,b)withoutandc)witha0.25Texternalmagneticfield.b)isthemagnifiedimageofa).在無外磁場的情況下，球形粒子在任意方向上通過偶極作用堆積在一起，故沒有明顯的取向排列。

SEMimagesofcobaltformedundera0.25Tmagneticfieldfora)12h,b)24h,respectively.c)Anenlargementoftheboxedregioninb)isshowninc),showingsphericalparticlesself-assemblytoformalinearchain.d)Magnifiedimageofc),showingtheconnectionofsphericalparticlesinawire.

●納米級鈷單晶顆粒團(tuán)聚成粒徑約13微米的球形多晶顆粒。

●微米多晶球沿著磁場方向有序堆積形成球形的鏈。●球形的鏈向光滑的線過渡?！裨谕饧哟艌稣T導(dǎo)下，球形顆粒有序堆積最終形成幾乎平行的的線陣列?！裎⒚锥嗑蛟跓o外磁場的作用下無序堆積?！駸o外加磁場作用的條件下，小球雜亂堆積，無特定形貌

●通過偶極的誘導(dǎo)形成的鼓狀的鏈結(jié)構(gòu)在0.25T外磁場誘導(dǎo)下，球形粒子沿著外磁場方向通過相互偶極定向自組裝，形成線狀陣列結(jié)構(gòu)。Thehysteresisloopsmeasuredatroomtemperatureforproducesobtainedwith(A)andwithout(B)externalmagneticfield。

磁化強(qiáng)度和矯頑力都要明顯高于沒加外磁場所獲得的產(chǎn)物。這可能與鈷納米粒子在外磁場誘導(dǎo)下呈線形排列，形成永久的磁極有關(guān)。磁場誘導(dǎo)針形鎳納米晶的一維組裝H.L.Niu,etalJ.Phys.Chem.B

2004，108工藝流程N(yùn)i(CH3CO2)2PEGCTABdistilledwatermixedinaflaskatroomtemperatureMixedsolutionAAgrass-greencolorsolutionStronglystirringforhalfanhourAhalf-hourultrasoundtreatmentNi2+ionsdispersedhomogeneously5mLof80wt%hydrazinehydratesolutionwasaddeddropwiseMixedsolutionBStronglystirringforseveralminutesNi[N2H4]6THECHEMICALREACTIONFORTHESYNTHESISOFNICKELNANOCRYSTALLITESXRDpatternofnickelnanocrystallitespreparedwitha0.25Tmagneticfieldapplied.SEMmicrographsofproductspreparedat70℃for3hourswithouta)andwitha0.25Tmagneticfieldappliedb).通過低溫水熱方法形成針形鎳納米晶，針形鎳納米晶自組裝形成直徑約200納米的多晶鎳納米線。RepresentativeTEMimagesoftwosamplesobtaineda)withoutandb)witha0.25Texternalmagneticfieldapplied.a1)Insetina)showsanimageofasamplepost-synthesismagneticalignmentofZFsampleundera0.25Tmagneticfield.c)Amagnifiedimageofawirewithinb),ofwhichc1andc2aretwoSAEDpatternstakenonthesurfaceofawireandanacicularnanocrystallite,respectively,andc3isitsHRTEMimage.外磁場誘導(dǎo)下形成的線為直線，無外磁場誘導(dǎo)下形成曲線。SketchofidealprocessofassemblyofacicularNiparticlesinducedbyanexternalmagneticfield.外磁場使針形鎳納米晶沿著易磁化軸[111]方向一維自組裝。易磁化軸[111]方向與多晶線的長軸方向是一致的。Thehysteresisloopsmeasuredatroomtemperatureforthreesamplesobtaineda)witha0.25Tandb)withoutanexternalmagneticfieldapplied,c)thehysteresisloop(lineofdashes)ofthenanorodspost-synthesismagneticalignmentundera0.25Tmagneticfield.

在外磁場誘導(dǎo)下形成的鎳多晶線的飽和磁化強(qiáng)度比無外磁場誘導(dǎo)下形成的鎳多晶線的飽和磁化強(qiáng)度大。磁場誘導(dǎo)合成Fe3O4納米線

JunWangetal.AdvancedMaterials2004,16,No.2工藝流程FeCl2·H2ONaOHH4N2·H2ODistilledwater,degassedwithN2for0.5hAnaqueoussolutionofFe2+ionsN2H4·H2OdissolvedwithsodiumhydroxieddroppedslowlyMixedsolutionPutitintoaTeflon-linedstainlessautoclaveKeepedat130℃for6h,thenCooledtoroomtempreturenaturallyTheproductN2H4.H2O＋FeCl2的水熱氧化法Fe2++N2H4

Fe3++NH3Fe2++Fe3++OH-Fe3O4XRDpatternofthesamplepreparedundertheinductionofa0.25Tmagneticfield

TEMimagesforthesampleswereobtainedinzeromagneticfield(A),0.25T(B),0.35T(C)magneticfield,respectively0.25T:Diameter：35~100nm,length：0.48~2.7μm0.35T:diameter:～20nm,length:～0.8μmRepresentativeTEMimageofatypicalFe3O4nanowire(A),insetin(A)showsanEDpatternoftheindividualFe3O4

nanowire.HRTEMimageofthenanowires電子衍射圖和高分辨電鏡照片可以看出該Fe3O4

納米線是單晶。Fe3O4

納米線晶格條紋間距約為0.48nm，與（111）晶面間距相吻合。確定該納米線是沿[110]方向生長。Fe3O4納米線的生長機(jī)理

N2H4.H2O能將Fe2+緩慢氧化為Fe3+,Fe3+與Fe2+在堿性的條件下，以2：1的比例沉淀形成Fe3O4；同時(shí)，在磁性誘導(dǎo)作用下沿著[110]方向定向生長成Fe3O4納米線。由于磁鐵的磁場強(qiáng)度有限，同時(shí)，F(xiàn)e3+與Fe2+生成Fe3O4較快，造成Fe3O4納米線與顆粒同時(shí)存在。增加磁場強(qiáng)度達(dá)0.35T，有更多的納米線生成。說明磁場誘導(dǎo)對磁性物質(zhì)的形貌產(chǎn)生很大的影響。Magnetichysteresiscurvesmeasuredatroomtemperatureforthesamplespreparedbyahydrotherma