[发明专利]一种铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种磁性复合粉体的制备方法，特别涉及铁基（包括 Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃、α-Fe）磁性材料碳复合粉体的制备这一技术领域。

背景技术

磁性纳米材料在高密度磁记录器件、磁流体、水的净化、磁共振成像、靶向药物载体、磁高热疗法、催化剂等领域有着非常重要的应用。铁基磁性材料是其中的重要一员，特别是铁基磁性材料的氧化铁，除了在上述领域有着广泛应用外，还在电化学领域也有着重要的应用，例如：用作超级电容器材料和作为锂离子电池负极材料。但由于纳米粒子比表面积大、易产生团聚，其在环境中的抗氧化性和耐酸碱性较差，而且直接对裸粒子进行表面功能化修饰的时候，裸粒子易于被环境因素影响（如温度、pH和功能基团），经常会发生物质结构的转变。当将它们暴露于生物系统时，会导致其性质不稳定，以及大量团聚和发生快速的生物降解反应。针对锂离子电池，除了上述问题，还存在以下问题：首先，高比表面积会增加副反应（在电解液与电极界面上电解质分解反应）的风险，这又会造成高水平的不可逆性（例如：低库仑效率）和较差的循环寿命。其次，高比表面积的纳米电极材料会引起电极表面生成厚的固态电解质中间相（SEI）膜，会大量消耗正极提供的Li。最后，人们研究发现在许多纳米结构过渡金属氧化物在Li摄取过程中生成的厚SEI膜总会在Li提取过程中被过渡金属催化而完全消失，这会引起容量衰减和安全问题。这些问题己经成为影响其应用的一个重要环节。

综上所述，这些问题主要是由于表界面环境和转变反应造成的，因此对纳米铁基磁性材料进行表面修饰被认为是一种行之有效的方法。在之前的许多研究中，许多无机和有机材料被用来保护磁性粒子，例如：表面活性剂/高分子壳层和SiO₂壳层，都被用来包覆磁性粒子。但是表面活性剂或者高分子壳层在空气中不是很稳定，而且容易被酸溶液侵蚀，导致饱和磁化强度的损失。薄高分子壳层也不能完全阻止高反应活性纳米磁性粒子的氧化；另外高分子壳层在高温下有其固有的不稳定性，这种不稳定性甚至可以被磁性粒子所催化加剧。而SiO₂壳层虽然具有良好的化学惰性、胶体稳定性和生物相容性等特点，但是在碱性环境中不稳定。相对于高分子和SiO₂壳层，碳壳层具有更高的物理化学和热稳定性以及生物相容性。在纳米磁性粒子包覆碳壳层就是一种很有效地表面修饰方法。传统的制备铁基磁性材料碳复合粉体是利用物理手段像电弧放电技术、激光蒸发法、化学沉积、金属有机物直接热分解等，这些方法经常会用到有毒的或昂贵的前躯体和高沸点的有机溶剂，而且使用的设备复杂、耗能大、成本高、操作繁琐、反应剧烈，因而难以实现大规模生产。并且这些反应往往只能得到单一的主要产物，难以调控产物组分。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铁基磁性材料碳复合粉体制备方法，旨在解决现有技术中所存在的问题。

本发明的技术方案如下：

一种铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，包括以下步骤：

将含有丙烯腈低聚物的溶液加入到纳米磁性氧化铁粉体中，混合均匀，蒸发溶剂，室温干燥；

在180 ℃以上恒温固化2~4小时，然后研磨，在惰性气氛保护下，600 ℃以上锻烧温度煅烧1~8小时，丙烯腈低聚物经煅烧在纳米磁性氧化铁粉体粒子表面形成碳包覆层，同时对内核磁性氧化铁部分或完全还原，制得多种铁基磁性材料碳复合粉体。

所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，所述纳米磁性氧化铁为Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃。

所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，采用球磨的方法将含有丙烯腈低聚物的溶液与纳米磁性氧化铁粉体混合均匀，按质量比，丙烯腈低聚物：纳米磁性氧化铁为0.05~0.5:1。

所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，所述的固化的温度为180~240 ℃。

所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，所述丙烯腈低聚物为液态，相对分子量为106~5000，含有丙烯腈低聚物的溶液所用溶剂为水、甲醇或乙醇中的一种或两种组合。

所述的铁基磁性材料碳复合粉体的制备方法，其中，煅烧时惰性气氛为氮气或氩气，锻烧温度为600~1000 ℃。