寧波材料所在硬磁納米顆粒合成方法及生長(zhǎng)機(jī)制方面取得進(jìn)展
磁性納米顆粒在催化、生物醫(yī)用、磁記錄以及高性能永磁體等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用前景。在這些應(yīng)用以及相關(guān)研究中，納米顆粒的尺寸、形貌對(duì)磁性及其相關(guān)性能影響至關(guān)重要，因此如何探索出一種簡(jiǎn)便的納米顆粒的合成方法具有重要的意義。在各種磁性納米材料中，化學(xué)有序的L10結(jié)構(gòu)的Co(Fe)Pt納米顆粒由于具有高的磁晶各向異性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此受到了廣泛的關(guān)注。對(duì)Fe(Co)Pt納米顆粒的可控制備，一般采取的方法是化學(xué)液相熱分解，得到化學(xué)無(wú)序的FCC結(jié)構(gòu)的Fe(Co)Pt，需要進(jìn)一步在550度以上的高溫退火獲得化學(xué)和磁有序的L10結(jié)構(gòu)。為了避免高溫退火中出現(xiàn)的納米顆粒團(tuán)聚和長(zhǎng)大現(xiàn)象，研究者一般采用的是在Fe(Co)Pt表面包覆一層保護(hù)層如SiO2等物質(zhì)，退火后去除的方法。這種方法實(shí)驗(yàn)步驟繁瑣，并且在退火、去除包覆物后顆粒尺寸分散度變大。后來(lái)又發(fā)展了一種鹽床退火的方法，即利用NaCl顆粒隔絕Fe(Co)Pt來(lái)避免高溫退火時(shí)的團(tuán)聚長(zhǎng)大現(xiàn)象。退火后NaCl用簡(jiǎn)單的水洗的方法就可以去除，得到L10結(jié)構(gòu)的Fe(Co)Pt納米顆粒。這種方法較之前的包覆飽和層的方法有了很大的改進(jìn)，但是仍需要兩步，并且在納米顆粒分離過(guò)程中也會(huì)造成顆粒的損失，使納米顆粒的產(chǎn)量/率進(jìn)一步降低。
中國(guó)科學(xué)院磁性材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室納米磁性材料研究團(tuán)隊(duì)杜娟課題組發(fā)展了一種固相燒結(jié)制備納米顆粒的方法，與傳統(tǒng)的L10-Fe(Co)Pt納米顆粒采用的液相熱分解然后高溫退火兩步合成方法不同的是，該固相燒結(jié)方法可以一步合成出L10結(jié)構(gòu)的硬磁納米顆粒。所制備的Fe(Co)Pt納米顆粒具有高度的結(jié)晶性、單分散性，平均尺寸為12nm的L10結(jié)構(gòu)。在用一步固相燒結(jié)法成功制備出L10結(jié)構(gòu)Fe(Co)Pt的同時(shí)，深入研究了固相燒結(jié)法合成硬磁納米顆粒的生長(zhǎng)過(guò)程。傳統(tǒng)的液相合成納米顆粒的生長(zhǎng)機(jī)制普遍認(rèn)為的為奧斯特瓦爾德熟化過(guò)程，即在納米顆粒形核和長(zhǎng)大過(guò)程中小顆粒逐漸溶解，大顆粒不斷長(zhǎng)大。而固相法合成納米顆粒的過(guò)程中要經(jīng)過(guò)納米顆粒團(tuán)簇階段，然后多晶團(tuán)簇顆粒通過(guò)重結(jié)晶長(zhǎng)成單晶納米顆粒。該方法申請(qǐng)了兩項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利：一種在基片上生長(zhǎng)納米顆粒的方法，申請(qǐng)?zhí)枺?span>201410190388.6；一種制備化學(xué)和磁有序相納米顆粒的方法，申請(qǐng)?zhí)枺?span>201410437402.8。相關(guān)工作獲得國(guó)際同行專家的高度評(píng)價(jià)，文章發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)期刊Nanoscale 7,975,2015(IF6.7)。
這一研究成果是繼該研究組在實(shí)現(xiàn)了FePt納米顆粒的形貌控制[IEEE T. Trans. 49,3307(2013); 50,2102704(2014), 中國(guó)發(fā)明專利：一種磁性納米顆粒形貌控制的方法，申請(qǐng)?zhí)?/span>：201210205994.1]、尺寸控制[Nanoscale, 5,2454,2013。中國(guó)發(fā)明專利：一種粒徑可調(diào)控的磁性納米合金顆粒的制備方法，申請(qǐng)?zhí)枺?span>201210207877.9]之后的又一突破性研究進(jìn)展。該系列工作獲得了國(guó)家自然基金青年基金及優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目，國(guó)家973項(xiàng)目，中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目，浙江省杰出青年基金等項(xiàng)目的資助。
固相合成法納米顆粒的生長(zhǎng)過(guò)程示意圖
所制備的CoPt納米顆粒HRTEM和TEM
（磁材事業(yè)部）