[发明专利]生产过滤金属的钠米级颗粒的方法

说明书

本发明是涉及纳米级过渡金属颗粒，尤其是涉及稳定的、单分散单质(像六方晶系的密堆积的(hcp)、面心立方体的(fcc)、和新型立方相的钴、合金(Co/Ni、NiFe、Co/Fe/Ni)(其中元素的相对密集能连续变化)和金属间化合物的(Co₃Pt、CoPt、CoPt₃、Fe₃Pt、FePt、FePt₃等，它们是具有限定化学计算量的特定化合物)，和包覆的磁性纳米晶体(例如，由一系列工艺生产的不同化学组成的共壳物料组成的颗粒)的适宜的化学合成，优选其基本粒度约为1-20nm。

由于“有限粒度”效应，细颗粒的磁特性不同于大尺寸样品的特性。

特别是有限粒度效应，当颗粒尺寸从微米减小到纳米级时，矫磁力增加，当达到粒度的最大值时，颗粒变成了单畴。

小磁性颗粒的可能应用不仅包括超高密度记录、纳米级电子学和永磁体、而且也包括它们作为新型催化剂，在生物分子标记剂中和作为药剂载体的应用。涉及这些每一可能应用的重要目的是制造具有高寿命和抗腐蚀的单扩散磁畴。

已经尝试了各种类型的物理和化学合成途径以生产稳定的、单扩散的零价态磁性纳米晶体。这些途径包括溅射、金属蒸发、研磨、金属盐还原、和中性有机金属前体的分解。

通常，控制纳米结构金属族的粒度仅限定于后面的过渡金属，如Au、Ag、Pd和Pt颗粒。按照通常方法制备的前面的过渡金属颗粒，或是以团聚的粉末形式，或是对空气非常敏感，并趋于不可逆的团聚。这是一大难题，因为当大量物料存在时，空气敏感性会产生安全问题，会造成随时间因氧化而降解，除非采用昂贵的无空气处理程序，而且最终产品进行密闭封存。颗粒的不可逆团聚使得分离工艺不可能产生窄粒度分布，并妨碍形成主要用于磁记录的平滑的薄膜。对于催化剂，这种团聚降低了化学活性表面，对于生物标记，分离和药剂释放的应用会严重地限制了其溶解度。

因此，粒度的精密控制和制造单分散纳米晶体在纳米材料的技术应用中仍是很重要的目的，铁磁单轴钴基纳米材料(例如，这些材料大多数是四方结晶结构，像hcp结构是单轴的)(例如像金属间化合物CoPt，和Co/Ta/Cr合金)已应用在高密度记录介质中，而fcc钴基纳米颗粒或Ni/Fe合金颗粒是具有低异向的软磁材料，这在记录磁头的开发和磁屏蔽应用中大有益处。已经提到的术语“六方晶系密堆积(hcp)”和“面心立方体(fcc)”指的是颗粒的特定的内晶结构，并是确定磁特性的异向性的重要因素。此外，可以预料，当有条理地延伸排列时，这些材料呈现出有意义的巨大(例如非常大)抗磁特性，例如，对于抗磁记录磁头传感器无疑是优选的材料。

然而，以前在直径的均匀性上优于约5％的磁性过渡金属纳米晶体的可再现性的化学合成是很困难的或者说是不可能的。再则，不能控制纳米晶体粒度均匀性优于5％也就会使这些均匀过渡金属和金属合金纳米晶体的2-和3-维有序组合物的制备努力导致落空。制备金属纳米晶体的传统方法包括物理法，如机械研磨、金属气化冷凝、激光烧蚀、电火花腐蚀；化学方法包括金属盐的溶液相还原、金属羰基合物前体的热分解、和电化学镀敷。

当任何物理和化学方法在有适宜的稳定剂和载体流体或者从蒸汽相沉积到含有合适稳定剂的载体流体中的金属颗粒存在下，可以产生一种磁性胶体(如，铁磁流体)。上面提到的所有技术已实际应用了很多年，但对于生产过渡金属和金属合金的稳定磁胶体来说，不能精制到本发明人所论证的控制水平。

有几个因素限制了当前技术的有效应用。第一，在磁性胶体的分离/纯化中所遇到的技术难度很高，事实上，只在近十年内，才使对于材料的性能容限，以磁性材料为基础的设备和使粒度均匀性优于5％的设备，有明显的优点。第二，磁技术在医药和生物技术工业中的惊人发展已开辟了许多的新应用。

因此，在过渡金属和金属合金的稳定磁性胶体的生产中，通常的技术无法实现所要求的控制水平。普通金属颗粒的化学稳定性很差，这就限制了在含有它们的体系的稳定性，这样尽管金属氧化物颗粒先天固有的弱磁性，仍促使了金属氧化物纳米颗粒在许多领域中的广泛应用。

鉴于通常方法和工艺的上述和其它的问题，本发明的一个目的是提供一种廉价的制备稳定单分散单质的、金属间化合物的、合金的和包覆的纳米级晶体的化学工艺方法。

本发明的另一个目的是提供一种纳米级晶体材料，该材料对于磁记录应用如磁存贮应用(记录介质，及读写磁头)，具有精密控制的粒度和单分散性。

本发明的再一个目的是制造一种铁磁流体。