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多壁碳纳米管(MWCNTs)因本身具有优越的力学、电学、光学、化学、物理学性能,使其成为一种理想的制备纳米复合材料的模版。将磁性纳米粒子负载在多壁碳纳米管上,所制备的碳基磁性复合材料拥有新颖的光学、电化学与磁学性能,并且可以阻止纳米粒子的团聚。近年来,诸多研究者对碳基磁性纳米材料产生了很大的兴趣,它被广泛应用于磁分离技术、肿瘤靶向成像与磁性引导药物输送、磁共振成像造影剂、催化剂、生物传感器、信息存储等领域。尖晶石型铁氧体(MFe2O4,M=Fe2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Mg2+)是一类性能良好的磁性材料。磁性纳米尖晶石型材料在众多方面拥有广阔的应用前景和重要的应用价值,例如微波吸收、磁流体、催化剂、高密度信息存储、气体传感器、磁引导药物靶向输送。在钴铁氧体(CoFe2O4)中,选择用镍离子(Ni2+)替代部分钴离子(Co2+),可以改善材料性能,比如气敏性能、磁晶各向异性、电阻率、介电性等。在制备单分散的纳米粒子的方法中,微波加热具有快速的体加热、反应速率高、粒子尺寸分布窄、均相成核等优势。三乙二醇作为一种反应介质拥有很高的沸点和大的粘度等特性。它强大的螯合能力使一些无机物更容易与其形成复合物,同时还限制了纳米粒子的增长速率,阻止了纳米粒子的团聚。 本工作以MWCNTs为模版,在没有添加表面活性剂的情况下,使用微波多元醇法合成了尺寸可控和组成可控的多壁碳纳米管单分散负载钴镍铁氧体磁性纳米复合材料。通过XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM、SAED和VSM表征手段对所得复合材料进行表征;探讨了尺寸可控和组成可控的纳米复合材料的磁性能。本工作的主要研究内容如下: 1.采用微波多元醇法在没有添加表面活性剂的情况下合成了多壁碳纳米管负载CoNi铁氧体磁性纳米复合材料;对MWCNTs进行了纯化,研究了微波功率、微波辐照时间对CoNi铁氧体纳米粒子单分散负载在多壁碳纳米管上的影响。实验结果表明:(1)微波时间为12min,改变微波功率为280W,365W,445W。随着微波功率的增加,钴镍铁氧体负载量增多,平均尺寸为6nm的Co0.5Ni0.5Fe2O4纳米粒子均匀地分散在MWCNTs表面。但是当微波功率增加到445W时,纳米粒子之间出现团聚。(2)微波功率选择为365W,改变微波时间分别为10min,12min,14min。当微波时间低于12min时,很少的纳米粒子不均匀地负载在多壁碳纳米管表面。随着反应时间的增加,纳米粒子密实且单分散负载在多壁碳纳米管(MWCNTs)表面上。然而微波时间过长时,纳米粒子团聚现象严重。通过实验我们找出了最优化的实验条件:选择微波功率为365W,微波时间为12min。 2.在没有添加表面活性剂条件下,微波时间为12min,微波功率为365W,采用微波多元醇法制备Co0.5Ni0.5Fe2O4/MWCNTs(1％,3%,5%,7%,9%),并研究了摩尔比为3%,5%,7%的纳米复合材料中Co0.5Ni0.5Fe2O4的粒径。通过 XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM和SAED表征手段对所得复合材料进行表征。表征结果表明:所制备的复合材料中的 Co0.5Ni0.5Fe2O4纳米粒子是面心立方结构(fcc)。在不同摩尔比(即钴、镍硝酸盐与 MWCNTs的摩尔比)的初始浓度下,当摩尔比从3%增加至7%时,Co0.5Ni0.5Fe2O4纳米粒子的尺寸约从6.0nm增大至9.4nm,实现了对Co0.5Ni0.5Fe2O4纳米粒子的尺寸可控。 3.在没有添加表面活性剂条件下,选择最优化实验条件,采用微波多元醇法制备组成可控的CoxNi1-xFe2O4/MWCNTs(x=0,0.2,0.4,0.5,0.6,0.8,1)纳米磁性复合材料。通过XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM和SAED表征手段对所得复合材料进行表征。表征结果表明:面心立方结构(fcc)的 CoxNi1-xFe2O4纳米粒子单分散在多壁碳纳米管表面,粒子近似呈球形,平均纳米粒子尺寸为6nm,无团聚现象。EDS表征结果显示,通过调节混合硝酸盐溶液中的钴、镍硝酸盐溶液的摩尔比来控制CoxNi1-xFe2O4的组成,可以实现组成可控合成。 4.在室温下采用 VSM对尺寸可控的 Co0.5Ni0.5Fe2O4/MWCNTs(3%,5%,7%)纳米复合材料和组成可控的CoxNi1-xFe2O4/MWCNTs(x=0,0.2,0.4,0.5,0.6,0.8,1)纳米复合材料进行磁性表征。结果显示:(1)在尺寸可控的 Co0.5Ni0.5Fe2O4/MWCNTs(3%,5%,7%)纳米复合材料中,随着钴、镍硝酸盐与MWCNTs摩尔比的增加, Co0.5Ni0.5Fe2O4纳米粒子的粒径在单畴尺寸范围内逐渐增大,Ms也随之增大,矫顽力 Hc数值非常小,可忽略不计,在室温下, Co0.5Ni0.5Fe2O4/MWCNTs(3%,5%,7%)纳米复合材料展现出超顺磁性。(2)组成可控的CoxNi1-xFe2O4/MWCNTs(x=0,0.2,0.4,0.5,0.6,0.8,1)纳米复合材料的磁性受组成的影响,随钴镍铁氧体中钴含量的增加,饱和磁化强度(Ms)从12.90emu/g增加至20.03emu/g,所有样品的矫顽力( Hc)数值几乎为零,在室温下CoxNi1-xFe2O4/MWCNTs纳米复合材料呈现出超顺磁性。