[发明专利]软磁管包覆硬磁线型纳米同轴电缆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别是提供了一种软磁管包覆硬磁线型纳米同轴电缆及其制备方法，适用于软/硬磁交换弹簧纳米同轴电缆的制备。 

背景技术

交换弹簧的一个主要用途是制造高性能的永磁材料，1991年，E.F.Kneller等提出了制备永磁材料的新原理，当具有纳米尺度的软磁材料和硬磁材料形成复合材料时，将产生交换耦合作用，促使剩磁增强效应出现，产生高的磁能积。这种纳米交换耦合永磁体被认为是开发第四代永磁的重要途径。永磁体要求尽可能大的矫顽力和饱和磁化强度，硬磁材料的矫顽力虽然比较大，但其饱和磁化强度比软磁材料低。交换弹簧中硬磁相具有高的矫顽力，软磁相具有高的饱和磁化强度，将他们结合在一起，可以得到性能良好的永磁材料。目前制备纳米交换耦合永磁体的主要方法是熔体快淬法。首先熔炼合金铸锭并用水冷铜辊快淬熔体获得非晶薄带，然后，在一定的温度下退火“自然”析出包含永磁相和软磁相颗粒的纳米结构材料。但是实验上制得的纳米交换耦合永磁体的最大磁能积比理论预期的低很多，因此，发展新的制备技术，通过人工合成方法制备纳米交换耦合材料是提高最大磁能积的关键。目前制备的人工复合结构主要是通过溅射或外延的方法制备硬/软磁双层膜或多层膜，包括NdFeB/Fe、SmCo/Fe、FePt/Fe等，所需设备通常较为昂贵，且所制备材料在只在其中一维尺寸为纳米级，不利于未来器件小型化的要求，当前器件小型化的趋势也对永磁材料朝更小尺度迈进提出更高要求。 

获得好的永磁性能通常采用两种方法，一种是具有大的磁晶各向异性的材料，另一种是具有大的形状各向异性的材料。通过人为设计，使具有大磁晶各向异性的材料同时具有大的形状各向异性，可以更好的发挥材料的永磁性能。在一维硬磁材料外包覆一层软磁材料，可以提升材料的饱和磁化强度，增大磁能积。而根据Slater-Pauling曲线，铁钴合金在钴含量约30％时具有最大的磁化强度，这是目前发现的过渡金属及合金中具有最大饱和磁化强度的材料。 

发明内容

本发明的目的是提供一种软磁管包覆硬磁线型纳米同轴电缆及其制备方法，且制备成本较低，而且还具有高矫顽力、高性能等特点。 

根据本发明目的，我们所提出的解决方案是，采用软硬磁耦合的准一维纳米同轴电缆，在材料的磁晶各向异性之外又增加了形状各向异性，同时由于软硬磁材料间的交换耦合作用，在矫顽力不太减小的情况下大大增加材料的饱和磁化强度，从而提高材料的磁性能。 

本发明的同轴电缆为双层同轴复合结构，由内部线状磁芯和外部管状材料组成，内部线状磁芯由FePt、CoPt或FeCoPt一维硬磁纳米线组成，外部包覆Fe、Co、Ni金属或合金软磁纳米管，形成FeCoNi/FeCoPt交换弹簧纳米同轴电缆。 

FeCoNi/FeCoPt交换弹簧纳米同轴电缆的直径在15nm～250nm，硬磁相纳米线直径5nm～247nm，软磁相纳米管管壁厚度3nm～50nm。硬磁相Fe_aCo_bPt_(1-a-b)其中0.4≤(a+b)≤0.6，0＜a≤0.60；软磁相Fe_xCo_yNi_(1-x-y)其中0≤x≤1，0.3≤y≤0.7。 

本发明交换弹簧纳米同轴电缆的制备方法是，先采用电化学阳极氧化方法制备多孔氧化铝模板，通过控制氧化电压，孔洞直径可以调控。后采用模板浸润法在模板孔洞的四周生成Fe_xCo_yNi_(1-x-y)合金纳米管，然后通过电化学沉积方法在管中生长硬磁纳米线，制备工艺为： 

1、将多孔氧化铝模板浸入到配置好的硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍的一种或混合溶液中10～60分钟，成分比例通过改变混合盐溶液的摩尔比来实现。 

2、将模板取出放入烘箱，40℃～80℃烘干。后在氢气气氛中350℃～560℃还原0.5～5小时，生成合金Fe_xCo_yNi_(1-x-y)纳米管；其中0≤x≤1，0.3≤y≤0.7。