磁性納米纖維制備研究.doc

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1、磁性納米纖維制備研究進展近年來隨著納米技術的發(fā)展，納米材料由于其獨特的物理和化學性質(zhì)得到人們的廣泛關注。尤其是磁性納米纖維和納米線狀材料具有高的長徑比、大的比表面積等一系列優(yōu)點而備受研究者的青睞。目前制備納米纖維的方法有許多種，如:AAO模板法、水熱法、相分離法等,雖然這些方法已經(jīng)能夠制備出形貌和磁性良好的磁性納米纖維,但是它們存在操縱復雜、成本高、難以工業(yè)化生產(chǎn)的缺點。靜電紡絲技術是近年來制備納米纖維的一種新方法。它需要的設備和工藝簡單,能適用于多種聚合物和復合物溶液，制備的纖維直徑可在微米和納米之間調(diào)節(jié)。靜電紡絲技術已經(jīng)在多個方面有應用。本文就這些制備方法進行簡單介紹

2、。關鍵詞：磁性納米纖維靜電紡絲磁性納米材料是一種具有獨特物理化學性質(zhì)的納米材料,因為它可以作為優(yōu)良高密度磁記錄材料、永磁材料、軟磁材料、電磁波吸收材料、生物和醫(yī)學功能材料,所以磁性納米材料的研究已經(jīng)引起了研究者的高度關注。隨著電子電信、計算機和材料等行業(yè)的進一步發(fā)展,人們正對一維形貌的磁性納米材料的制備工藝和性能進行深入的研究,以滿足電子、光學、磁記錄材料、吸波材料、磁流體、催化劑、超導體等領域日新月異的發(fā)展需求,復合化、合金化以及結構可控正成為磁性納米材料的發(fā)展方向。其中以磁性納米纖維(管或線)的研究最為突出,它獨特的電磁性能為發(fā)展新一代的電磁功能材料開辟了新途徑。因為

3、磁性納米纖維材料不但具有普通納米粒子的表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、庫侖堵塞與量子隧穿效應和介電限域效應,而且具有獨特的形狀各向異性和磁晶各向異性效應,可以突破各向同性粉體材料對電磁性能的限制[1]。納米線和納米纖維材料不僅繼承了塊體形式材料的性質(zhì),如:壓電、化學感應和光電檢測;而且具有和高各向異性和尺寸限制有關聯(lián)的獨特性質(zhì)。納米線和納米纖維的新性質(zhì)可能來自和其他形式的材料相比更復雜的電子性質(zhì)和晶體結構,這主要歸因于氧化態(tài)的多樣性、對稱性、晶體場穩(wěn)定性、密度、化學計量、表面性質(zhì)等。1.納米纖維和納米線的制備方法納米線和納米纖維因其高的比表面積和獨特的形狀各向異

4、性,在磁學、光學、電學性質(zhì)等方面表現(xiàn)出不同于納米顆粒、薄膜和塊體材料的優(yōu)異性,使得納米線和納米纖維在基礎研究和高技術應用方面引起研究者的高度關注。隨著人們對納米材料的深入研究,制備納米材料的方法和工藝流程更加豐富。目前,用來合成納米線和納米纖維的制備方法可粗略地劃分為物理方法和化學方法兩種,物理方法主要包括高能球磨法、蒸發(fā)-冷凝法、濺射法、固體相變法等,但存在制備過程中容易造成樣品污染、形貌和成分難以控制的缺點。相比之下,化學方法具有操作簡單、快速、高效、成本低、易于控制等優(yōu)勢,因此,化學方法被廣泛地應用于納米線和納米纖維的制備。選擇適當?shù)闹苽浼{米線和納米纖維的方法至關重

5、要,一些常用的方法主要包括:模板法[2,3]、磁場輔助法、相分離法、水熱法[4,5]、靜電紡絲法等。1.1模板法模板材料是模板合成法的基礎，模板的質(zhì)量直接影響了制備的納米線的質(zhì)量，而衡量模板質(zhì)量好壞的一個重要因素就是模板的有序度。模板法的一般制備步驟是先選擇一定條件的模板,再利用液相沉積、電化學沉積或氣相沉積向模板中填充各種金屬、非金屬或半導體的材料,最后把模板去除,得到一維納米線材料。多孔陽極氧化鋁膜（porousanodicaluminumoxideMembrane），又稱AAO膜孔徑均一，高度有序，制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，因此，以AAO膜為模板，結合電化學沉積法

6、，是近年來制備金屬及合金納米線最為常用的方法。按驅(qū)動金屬離子方式的不同，AAO模板法電沉積納米線可分為交流電沉積、直流電沉積和脈沖電沉積3類。這3種方法的原理是相同的，都是以模板作陰極，利用金屬離子在陰極的還原過程將其沉積到模板的納米孔中，利用模板的限域作用制備一定長度和直徑的納米線。通過研究，模板孔徑、電流密度、沉積電壓、pH值、溫度等因素對納米線陣列樣品的磁學性能影響較大。納米線的晶體結構隨沉積電壓的不同會發(fā)生改變[6]；pH值較高，則易生成金屬氫氧化物沉淀，pH較低，則氫的析出量增加，不利于沉積，因此pH大部分需控制在3．8～5．6之間。溫度過低，電化學反應的活化能

7、增加，溫度過高，析氫反應劇烈，均不利于沉積的進行，故溫度一般控制在25～30℃之間[7]。納米線的組成和長徑比等對材料的磁性能影響較大：隨著直徑的減小，磁滯回線的矩形度和矯頑力將增加；當直徑一定，長徑比增大時，平行和垂直于納米線方向的矯頑力也將增加，當超過某一極限時達到飽和[8]。1.2磁場輔助法磁場輔助法是指在樣品制備和加工過程中,通過施加外磁場來實現(xiàn)對樣品形貌、物相的控制以及性能的改善[9]的一種方法。普通電磁場作用于樣品加工的動力學過程是電磁攪拌或電磁制動等,而磁場輔助法明顯不用于上面的過程,它是將強磁場的大強度磁化能量