專利名稱：一種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法
技術領域：
本發明涉及ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，屬于エ藝技術領域。
背景技術：
富勒烯的發現最初始于天文學領域的研究，1985年美國休斯頓賴斯大學Smalley和英國Kroto為了研究星際間碳塵的結構，利用煙火法合成了 C6tl，得到其組成及結構。此后迅速引起了人們的廣泛興趣，成為ー個研究的熱點。除C6tlタト，具有封閉籠狀結構的還可能有(:28、(:32、(:5(|、(:7(|、(:84……C24Q、C54tl，這種封閉籠狀結構統稱為富勒烯。1991年Iijima等發現可填充物質的碳納米管，引起研究者的極大興趣。1993年美國和日本科學家在摻La
的陽極石墨棒電弧放電后的碳灰中 發現ー種新穎的核/殼---碳包裹碳化鑭顆粒。碳包裹
金屬納米顆粒(carbon-encapsulated metal nanoparticles)是一種新型的金屬-碳復合納米材料，由單層或者多層石墨包裹(売)的金屬納米顆粒(核)，是ー類富勒烯金屬化合物的重要分支。材料科學的重要課題之ー是發展集優異的電學、光學、磁學和機械性能于一體的新型材料。這類新奇結構擴展了被包裹納米材料的應用范圍，使其具有獨特的物理、化學和力學性質。通常情況下，當金屬顆粒變小，它的氧化反應性就增強，納米級的金屬遇到空氣就會自燃，從而無法應用。碳材料不僅耐酸堿腐蝕，而且化學性質穩定，金屬核能受到碳殼的有效保護，避免氧化、水解和腐蝕，碳層的存在還能增強與生物體之間的相容性，在醫學上有著廣泛的用途。碳材料還是理想的金屬催化劑載體，碳包裹金屬納米材料具有奇特的電學、光學和磁學性質，廣泛應用于催化劑、高密度磁記錄、鐵磁流體、微電子技術、光電子輻射領域。過去十幾年，很多種方法成功合成了碳包裹金屬納米顆粒，主要包括電弧放電法、化學氣相沉淀法(CVD)、離子束/激光束濺射、機械球磨、高溫熱解法等。但是這些方法都有其固有缺點，電弧法所用設備較為復雜和昂貴，エ藝參數不易控制，耗能大，成本高，實現大規模生產面臨很大的挑戰。與電弧放電法相比，CVD法的成本較低，產量和產率都比較高，但是得到產物的粒徑不均勻，碳結構比較復雜，前期前體的制備エ藝比較復雜，提純處理不方便。與其它方法相比較，爆轟法的最大優點是速度快、效率高、節省能源和經濟性。

發明內容
本發明提供了一種低成本，可エ業化生產的碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，適用于電學、磁學、醫學領域。為實現上述目的，本發明的技術方案如下:ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，所述方法步驟如下:步驟一、將炸藥、金屬單質和含碳有機物混合作為反應物；步驟ニ、將反應物壓制成塊體，裝入反應器中密封抽真空，將反應器加熱至200-250° C發生爆炸，得到所述碳包裹磁性金屬納米顆粒。
其中，在步驟一中，炸藥、金屬單質、含碳有機物按1:0.08、.1:0.r2的質量比加入;優選在步驟ニ中，將反應物壓制成密度為1.2^1.6g/cm3的圓柱體；優選步驟一中所述炸藥為黑索今、特屈兒或奧克托金；所述金屬單質為金屬鈷或金屬鎳，粒度為20(T300目；所述含碳有機物為雙氰胺或三聚氰胺。有益效果本發明提供了一種低成本，可エ業化生產的碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，利用爆炸產生的瞬間高溫、高壓作用，使含碳有機物和金屬單質在炸藥的氣相爆轟化學反應中，碳與金屬在分子水平均勻混合，在瞬間的高溫高壓環境及快速的冷卻速度下，得到碳包裹磁性金屬納米顆粒。本發明對于碳包覆納米磁性粒子的開發和應用具有重要的理論意義和實用價值，對于其他材料的爆炸合成也具有很好的指導意義。


圖1為爆炸合成裝置示意圖；圖2為實施例1所得產物中，碳包裹納米鎳顆粒的高分辨透射電鏡(HRTEM)圖；圖3為實施例1所得產物中，碳納米管的HRTEM圖；圖4為實施例1所得產物的磁滯回線圖；其中，1-壓カ表、2-閥門、3-反應釜、4-電加熱套、5-反應物。
具體實施例方式其中，實施例1、所用爆炸合成裝置包括壓カ表1、閥門2、反應釜3、電加熱套4，在反應釜3上方設有壓力表I和閥門2，反應釜3外部包覆電加熱套4。實施例1稱取5g黑索今、0.5g鎳粉(200目)和2g雙氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為1.2-1.6g/cm3的圓柱體，放入體積為50ml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至200° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為1.4g。分析產物主要為碳包裹納米鎳顆粒(圖2)和少量的納米碳(圖3)，還有部分未包裹的金屬鎳。其中碳包裹鎳納米顆粒產量為50%，粒徑分布為10-40nm，包裹層為石墨層和無定形碳，金屬核為鎳，沒有碳化鎳生成。圖4為產物的磁滯回線圖，其中橫坐標為磁場強度，縱坐標為磁感應強度，可知所述產物具有很窄的磁滯回線，說明所得產物具有超順磁性。實施例2稱取5g黑索今、0.5g鎳粉(200目)和5g雙氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為(L 2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為50ml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至220° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為2.2g。分析產物主要為碳包裹納米鎳顆粒,少量的納米碳和納米管。其中碳包裹鎳納米顆粒產量為80%，粒徑分布為20-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鎳，沒有碳 化鎳生成，所得產物具有超順磁性。實施例3
稱取5g黑索今、0.5g鎳粉(200目)、8g雙氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為IOOml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至230° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為2.4g。分析產物主要為碳包裹納米鎳顆粒和納米管。其中碳包裹鎳納米顆粒產量為40%，粒徑分布為20-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鎳，沒有碳化鎳生成，所得產物具有超順磁性。實施例4稱取5g黑索今、0.5g鎳粉(200目)、5g三聚氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為IOOml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至218° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為2.1go分析產物主要為碳包裹納米鎳顆粒和納米碳,少量納米管。其中碳包裹鎳納米顆粒產量為80%,粒徑分布為20-60nm,包裹層為石墨層，金屬核為鎳，沒有碳化鎳生成，所得產物具有超順磁性。實施例5稱取5g黑索今、0.4g鈷粉(200目)、4g雙氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為50ml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至218° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為1.8g。分析產物主要為碳包裹納米鈷顆粒和碳納米管，少量納米碳線。其中碳包裹鈷納米顆粒產量為80%,粒徑分布為20-50nm,包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產物具有超順磁性。實施例6稱取5g黑索今、0.4g鈷粉(200目)、2g雙氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為50ml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至218° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為1.5g。分析產物主要為碳包裹納米鈷金屬顆粒和未被包裹的金屬鈷,少量納米碳線。其中碳包裹鈷納米顆粒產量為60%,粒徑分布為10-40nm，包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產物具有超順磁性。實施例7稱取5g黑索今、0.4g鈷粉(200目)、5g三聚氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為(L 2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為50ml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至218° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為1.8g。分析產物主要為碳包裹納米鈷顆粒和碳納米管。其中碳包裹鈷納米顆粒產量為80%，粒徑分布為30-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產物具有超順磁性。實施例8稱取5g特屈兒、0.5g鎳粉(200目)、IOg雙氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為IOOml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至220° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為2.lg。分析產物主要為碳包裹納米鈷顆粒和碳納米管。其中碳包裹鎳納米顆粒產量為90%，粒徑分布為20-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產物具有超順磁性。實施例9稱取5g特屈兒、0.5g鈷粉(200目)、IOg雙氰胺，混合均勻，利用壓機將混合粉末壓制成密度為(1.2-1.6g/cm3)的圓柱體，放入體積為IOOml的反應釜，關閉閥門，密封反應釜，抽取真空度為0.08以上。對電加熱套加熱至225° C發生爆炸，停止加熱后自然冷卻，將反應釜內氣體排出，收集固體產物，所得產物重量為2.2g。分析產物主要為碳包裹納米鈷顆粒和碳納米管。其中碳包裹鈷納米顆粒產量為90%，粒徑分布為30-60nm，包裹層為石墨層，金屬核為鈷，沒有碳化鈷生成，所得產物具有超順磁性。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述方法步驟如下: 步驟一、將炸藥、金屬單質和含碳有機物混合作為反應物； 步驟ニ、將反應物壓制成塊體，裝入反應器中密封抽真空，將反應器加熱至200-250° C發生爆炸，得到所述碳包裹磁性金屬納米顆粒；其中，在步驟一中，炸藥、金屬單質、含碳有機物按1:0.08、.1:0.4^2的質量比加入。
2.根據權利要求1所述的ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:在步驟ニ中，將反應物壓制成密度為1.2^1.6g/cm3的圓柱體。
3.根據權利要求1所述的ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟一中所述炸藥為黑索今、特屈兒或奧克托金。
4.根據權利要求1所述的ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟一中所述金屬單質為金屬鈷或金屬鎳，粒度為20(T300目。
5.根據權利要求1所述的ー種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟一中所述含碳有 機物為雙氰胺或三聚氰胺。
全文摘要
本發明涉及一種碳包裹磁性金屬納米顆粒的制備方法，屬于工藝技術領域。所述方法包括將炸藥、金屬單質和含碳有機物混合作為反應物；將反應物壓制成塊體，裝入反應器中密封抽真空，將反應器加熱至200-250°C發生爆炸，得到所述碳包裹磁性金屬納米顆粒。優選步驟一中所述炸藥為黑索今、特屈兒或奧克托金；所述金屬單質為金屬鈷或金屬鎳；所述含碳有機物為雙氰胺或三聚氰胺。本發明對于碳包覆納米磁性粒子的開發和應用具有重要的理論意義和實用價值，對于其他材料的爆炸合成也具有很好的指導意義。
文檔編號B22F1/02GK103111617SQ20131006547
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者陳鵬萬, 尹昊, 高鑫, 陳昂 申請人:北京理工大學