[发明专利]一种制备铁氮化物纳米棒材料的方法

说明书

本发明的目的是提供一种制备铁氮化物纳米棒材料的方法，采用化学液相法制备，所述碳包裹Fe₁₆N₂纳米棒材料，其外壳层为碳，内核组成为Fe₁₆N₂纳米棒。该方法制备可以用于合成具有磁性的、直径为20‑30纳米、长度为0.5‑3微米的碳包裹的Fe₁₆N₂纳米棒。碳包裹Fe₁₆N₂纳米棒具备的优异磁性，利用表面效应、催化、光学或磁学等特殊性质，在结合生物分子独特的生物功能下，能够广泛应用于生物、医学、永磁等领域。

技术领域

本发明属于无机功能纳米材料领域，具体涉及一种制备铁氮化物磁性纳米材料的方法。

背景技术

二元铁氮化物具有黑灰色泽，属于金属间隙化合物。根据铁-氮相图，二元铁氮化物包括Fe₂N、γ'-Fe₄N、ε-Fe₂N_1-x和α”-Fe₁₆N₂等相。其中具有四方晶体结构(I4/mmm)的α”-相铁氮化物的一般化学式可写为α”-Fe₁₆N₂，氮元素的含量为11.1at.％(原子百分比)。室温时，具有铁磁性。α”-Fe₁₆N₂化合物因其良好的磁性能，在永磁应用方面具有很大潜力。含有磁性γ'-Fe₄N、ε-Fe₂N_1-x纳米粒子的胶体溶液可用于制造磁流体。氮化铁还可作为催化剂，对于费托合成及合成氨等反应具有良好的催化反应活性。

通常传统的渗氮方法有三种，包括气体氮化、液体氮化和氮离子注入等方法。采用机械合金化方法P.Y.Lee等研究了铁氮化物粉体的结构和磁性能(J.Alloys Compd.1995,222,179-183.)。W.A.Kaczmarek(Scr.Metall.Mater.,1995,33,1687-1694.)和X.Q.Zhao等(Mater.Res.Soc.Symp.Proc.,1995,368,39-43.)在NH₃/H₂或NH₃的氮化气氛中加热分解羰基铁，制备了铁氮化物纳米粒子。Grimes等(J.Appl.Phys.,2000,87,5642-5644.)以羰基铁和乙烯为原料，使用激光热分解法得到了磁性γ'-Fe₄N纳米粒子。李达等(J.Magn.Magn.Mater.2004，277(1-2),64-70.和J.Magn.Magn.Mater.2004，283(1),8-15.)利用化学汽相冷凝方法合成纳米铁氮化物粉末，研究了载流气体种类及流量、工作腔气氛和原料分解温度等实验条件，对铁氮化物纳米粉末的相形成、微观组织结构和磁性的影响。发明专利申请20171036578.2公开了一种采用可溶性铁前驱体为原材料，通过化学溶液法，以有机胺为氮源，合成了碳包裹Fe₃N及其复合磁性纳米颗粒的方法。