磁场诱导水热合成法
报告：李牣 组员：李军雷、岳国强、顾晓红、陈梅
2007年12月27日
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主要内容
• 水热法简介 • 磁场诱导磁性金属纳米粒子线
型组装 • 磁场诱导铁氧体纳米材料的取
向生长
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水热法基本原理
使用特殊设计的装置，人为地创造一个 高温高压环境，由于高温高压下水的解离 常数增大、黏度大大降低、水分子和离子 的活动性增加，可使那些在通常条件下不 溶或难溶于水的物质溶解度、水解程度极 大提高，从而快速反应合成新的产物。
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SEM micrographs of products prepared at 110℃ for 24 hours a, b) without and c) with a 0.25T external magnetic field. b) is the magnified image of a).
103 112
201 004
A
I
B
40
50
60
70
80
90
100
2/ o
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a) SEM micrographs of Co wires obtained at 110℃ for 36 hours under a 0.25T external magnetic field, b) higher magnification of a), and c) HRTEM image of a particle in the wire, showing that the particle is single crystalline. The magnified SEM image shows nearly parallel wires, HRTEM suggests that the wire is composed of Co nanocrystallites.
在无外磁场的情况下，球形粒子在任意方向上通过偶极作用堆 积在一起，故没有明显的取向排列。
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SEM images of cobalt formed under a 0.25T magnetic field for a) 12h, b) 24h, respectively. c) An enlargement of the boxed region in b) is shown in c), showing spherical particles self-assembly to form a linear chain. d) Magnified image of c), showing the connection of spherical particles in a wire.
4H2O
room temperature Mixed solutionA
C2H5OH
H2NCH2CH2NH2 was added dropwise
Mixed solutionB
80 wt% A brown solution [H4N2·H2O] of [Co(en)3]2+
vigorous stirring for 10 minutes
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水热结晶：溶解———再结晶机理
首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形 式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在 釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有 籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。水 热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可 控制,生产成本低。用水热法制备的粉体一般无需烧结,这 就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入 等缺点。影响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、 搅拌速度以及反应时间等。
●无外加磁场作用的条件下， 小球杂乱堆积，无特定形貌
在0.25T外磁场诱导下，球形粒子沿着外磁场方向通过相互偶极
定向自组装，形成线状阵列结构。
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磁化强度和矫顽力都要明显高于没加外磁场所 获得的产物。这可能与钴纳米粒子在外磁场诱
导下呈线形排列，形成永久的磁极有关。
M [emu/cm3]
800
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13
径●
约纳
米
微级
米 的 球 形 多 晶 颗
钴 单 晶 颗 粒 团
粒聚
。成
粒
●微米多 晶球沿着 磁场方向 有序堆积 形成球形 的链。
●微米多晶球在 无外磁场的作用 下无序堆积。
●球形的链 向光滑的线 过渡。
●在外加磁场诱导下， 球形颗粒有序堆积最终 形成几乎平行的的线阵 列。
●通过 偶极的 诱导形 成的鼓 状的链 结构
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水热法装置图
密封结构 釜体 压力、温度 无机分子（反应物） 溶剂 合成添加剂 晶核、产物
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磁场诱导磁性金属纳米粒子线型组装
磁场诱导钴纳米晶的组装
H N Niu, et al J. Mater. Chem., 2003, 13, 1–5
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工艺流程
Co(CH3CO2)2 ·
Mixed at
A
600
B
400
200
0
-200
-400
-600
Hale Waihona Puke -800-10-5
0
5
10
H [KOe]
The hysteresis loops measured at room temperature for
produces obtained with (A) and without (B) external magnetic field。
Teflon-lined stainless steel autoclaves
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THE CHEMICAL REACTION FOR THE SYNTHESIS OF COBALT NANOCRYSTALLITES
Co( AC)2 3en Co[en]32 2 AC
2Co[en]32 N 2 H 4 4OH 2Co N 2 6en 4H 2O 低温还原过程获得纯的Co 纳米晶体粒径大约10-30nm, 这些钴 纳米晶体积聚形成直径大约13μm的球形粒子以降低表面能。
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XRD PATTERNS OF COBALT NANOCRYSTALLITES PREPARED AT 110℃ FOR 36 HOURS WITH A 0.25T MAGNETIC FIELD (A), AND WITHOUT MAGNETIC FIELD (B).
100 002 101
102 110