專利名稱：軟磁管包覆硬磁線型納米同軸電纜及其制備方法
技術領域：
本發明屬于納米材料制備技術領域，特別是提供了一種軟磁管包覆硬磁線型納米 同軸電纜及其制備方法，適用于軟/硬磁交換彈簧納米同軸電纜的制備。
背景技術：
交換彈簧的一個主要用途是制造高性能的永磁材料，1991年，E. F. Kneller等 提出了制備永磁材料的新原理，當具有納米尺度的軟磁材料和硬磁材料形成復合材料 時，將產生交換耦合作用，促使剩磁增強效應出現，產生高的磁能積。這種納米交換 耦合永磁體被認為是開發第四代永磁的重要途徑。永磁體要求盡可能大的矯頑力和飽 和磁化強度，硬磁材料的矯頑力雖然比較大，但其飽和磁化強度比軟磁材料低。交換 彈簧中硬磁相具有高的矯頑力，軟磁相具有高的飽和磁化強度，將他們結合在一起， 可以得到性能良好的永磁材料。目前制備納米交換耦合永磁體的主要方法是熔體快淬 法。首先熔煉合金鑄錠并用水冷銅輥快淬熔體獲得非晶薄帶，然后，在一定的溫度下 退火"自然"析出包含永磁相和軟磁相顆粒的納米結構材料。但是實驗上制得的納米 交換耦合永磁體的最大磁能積比理論預期的低很多，因此，發展新的制備技術，通過 人工合成方法制備納米交換耦合材料是提高最大磁能積的關鍵。目前制備的人工復合 結構主要是通過濺射或外延的方法制備硬/軟磁雙層膜或多層膜，包括NdFeB/ Fe、 SmCo/Fe、 FePt/Fe等，所需設備通常較為昂貴，且所制備材料在只在其中一維尺寸為 納米級，不利于未來器件小型化的要求，當前器件小型化的趨勢也對永磁材料朝更小 尺度邁進提出更高要求。
獲得好的永磁性能通常采用兩種方法， 一種是具有大的磁晶各向異性的材料，另 一種是具有大的形狀各向異性的材料。通過人為設計，使具有大磁晶各向異性的材料 同時具有大的形狀各向異性，可以更好的發揮材料的永磁性能。在一維硬磁材料外包 覆一層軟磁材料，可以提升材料的飽和磁化強度，增大磁能積。而根據Slater-Pauling 曲線，鐵鈷合金在鈷含量約30%時具有最大的磁化強度，這是目前發現的過渡金屬及合 金中具有最大飽和磁化強度的材料。 發明內容本發明的目的是提供一種軟磁管包覆硬磁線型納米同軸電纜及其制備方法，且制 備成本較低，而且還具有高矯頑力、高性能等特點。
根據本發明目的，我們所提出的解決方案是，采用軟硬磁耦合的準一維納米同軸 電纜，在材料的磁晶各向異性之外又增加了形狀各向異性，同時由于軟硬磁材料間的 交換耦合作用，在矯頑力不太減小的情況下大大增加材料的飽和磁化強度，從而提高 材料的磁性能。
本發明的同軸電纜為雙層同軸復合結構，由內部線狀磁芯和外部管狀材料組成， 內部線狀磁芯由FePt、 CoPt或FeCoPt—維硬磁納米線組成，外部包覆Fe、 Co、 Ni金 屬或合金軟磁納米管，形成FeCoNi/FeCoPt交換彈簧納米同軸電纜。
FeCoNi/FeCoPt交換彈簧納米同軸電纜的直徑在15 nm 250 nm,硬磁相納米線直 徑5 nm 247 nm,軟磁相納米管管壁厚度3 nm 50 nm。硬磁相FexCoyPt(l-K-y)其中 0.4《(x+y)《0. 6， 0《x《0. 6;軟磁相Fe,CoyNi(,")其中0《x《l， 0. 3《y《0. 7。
本發明交換彈簧納米同軸電纜的制備方法是，先采用電化學陽極氧化方法制備多 孔氧化鋁模板，通過控制氧化電壓，孔洞直徑可以調控。后采用模板浸潤法在模板孔 洞的四周生成Fe,COyNU卞y)合金納米管，然后通過電化學沉積方法在管中生長硬磁納米 線，制備工藝為
1、 將多孔氧化鋁模板浸入到配置好的硝酸鐵、硝酸鈷和硝酸鎳的一種或混合溶液 中10 60分鐘，成分比例通過改變混合鹽溶液的摩爾比來實現。
2、 將模板取出放入烘箱，4CrC 8(TC烘干。后在氫氣氣氛中350。C 56(TC還原 0. 5 5小時，生成合金Fe,COyNi(,—x—y)納米管；其中0《x《l' 0. 3《y《0. 7。
3、 把載有FexCOyNid-^納米管的多孔模板作為二次模板，通過交流電化學沉積在 孔洞中生長FePt納米線，電解液為FeCl2、 CoCl2、 PtCU H3B(V混合溶液。在沉積過 程中外加誘導磁場(100 0e 5000 0e)，方向平行于納米線長軸方向；其中 0. 4《(x+y)《0. 6， 0《x《0. 6。
4、 將制備好的樣品在真空下40(rC 80(TC處理20 80分鐘，同時也可以外加一 個磁場，外加磁場100 0e 5000 0e，方向垂直于模板平面方向。
本發明的特點是制備出一種新型的納米永磁一維材料，不同于原有一維磁性材 料，該材料根據交換彈簧理論，采用硬磁納米線外包覆軟磁相納米管組成同軸結構。 該種結構可以有效提高材料的永磁性能。該方法采用的陽極氧化鋁模板中的孔洞垂直 于模板表面生長且相互平行排列，故所制備出的交換彈簧同軸電纜陣列也為平行排列。該陣列膜可以整體使用或采用NaOH溶液溶解氧化鋁模板后使用單獨的一維永磁材料。


圖1為交換彈簧一維納米永磁材料示意圖
圖2. (a)實施例中得到的FeuCou納米管透射電鏡照片(b)在鐵鈷納米管中生長 Fe。. 5Pt。. 5納米線后的透射電鏡照片具體實施方式
實施例
將高純鋁片在400 'C真空退火4小時。退火后的鋁片放入無水乙醇中超聲1分鐘， 取出后放入0.3 mol/L NaOH中超聲3分鐘，用去離子水洗凈，吹干。將處理好的鋁片 放入無水乙醇和高氯酸混合液中(4: 1)通1A電流進行電拋光1.5分鐘。將鋁片取出 洗凈后放入0. 3 mol/L H3P04溶液中進行電化學氧化，氧化電壓120 V,氧化時間3小時， 得到多孔氧化鋁模板。將氧化鋁模板浸入到配置好的硝酸鐵和硝酸鈷(摩爾比7: 3) 飽和溶液中約30分鐘，將模板取出放入烘箱，6(TC烘干。管式爐中35(TC煅燒3小時。 重復浸泡，烘干，煅燒過程三次。將制備好的樣品在氫氣氣氛中40(TC還原3小時。得 到鑲嵌于多孔模板中的FeCo納米管。將該模板浸入0.2 mol/L FeC],, 0.3 g/L PtCL， 0.4 mol/L H3B(V混合溶液中，采用交流200 Hz， 12V電沉積，對電極為石墨電極。將 制備好的樣品在10-3 Pa真空中外加2000 0e磁場在530 'C下保溫30分鐘，磁場方向 垂直于模板平面方向。爐冷至室溫，此時多孔模板中即為軟磁管包覆硬磁線型納米同 軸電纜。
權利要求
1.一種軟磁管包覆硬磁線型納米同軸電纜，其特征在于雙層同軸復合結構，由內部線狀納米磁芯和外部管狀材料組成，內部線狀磁芯由FePt、CoPt或FeCoPt一維硬磁相納米線組成，外部包覆Fe、Co、Ni金屬或合金軟磁納米管，形成FeCoNi/FeCoPt交換彈簧納米同軸電纜。
2、 根據權利要求l所述的同軸電纜，其特征在于FeCoNi/FeCoPt交換彈簧納米同軸電纜的直徑在15 nm 250 nm，硬磁相納米線直徑5 nm 247 nm，軟磁相納米管管壁厚度3 nm 50 nm。
3、 根據權利要求2所述的同軸電纜，其特征在于硬磁相FexCoyPt(h—y)其中0.4《(x+y)《0.6， 0《x《0.6;軟磁相FexCoyNi(1-x—力其中0《x《l， 0《y《0. 7。
4、 一種制備權利要求l所述同軸電纜的方法，其特征在于工藝為A. 將多孔氧化鋁模板浸入到配置好的硝酸鐵、硝酸鈷和硝酸鎳的一種或混合溶液中10 60分鐘，成分比例通過改變鐵、鈷和鎳的硝酸鹽的摩爾比來實現；B. 將模板取出放入烘箱，40。C 8(TC烘干；后在氫氣氣氛中350 °C 560 。C還原0.5 5小時，生成合金PexCoyNi(,")納米管，其中0《x《l， 0《y《0. 7;C. 把載有Fe,CoyNi(,ty,納米管的多孔模板作為二次模板，通過電化學沉積在孔洞中生長Fe,CoyPtd力)納米線，電解液為FeCl2、 CoS04、 PtCl2和&803混合溶液；在沉積過程中外加誘導磁場100 0e 5000 0e，方向平行于納米線長軸方向；其中0. 4《(x+y)《0. 6， 0《x《0. 6;D. 將制備好的樣品在真空下400 °C 800 。C處理20 80分鐘，同時也可以外加一個磁場，外加磁場IOO 0e 50Q0 0e,方向垂直于模板平面方向。
全文摘要
一種軟磁管包覆硬磁線型納米同軸電纜及其制備方法，屬于納米材料制備技術領域。同軸電纜為雙層同軸復合結構，由內部線狀納米磁芯和外部管狀材料組成，內部線狀磁芯由FePt、CoPt或FeCoPt一維硬磁相納米線組成，外部包覆Fe、Co、Ni金屬或合金軟磁納米管，形成FeCoNi/FeCoPt交換彈簧納米同軸電纜。制備方法先采用模板浸潤法在多孔陽極氧化鋁模板中制備軟磁性合金納米管，后采用電化學沉積的方法在納米管中生長納米線。本發明的優點在于實現了真正意義上的納米尺寸永磁材料，制備方法簡單。
文檔編號H01F1/01GK101667480SQ200910093538
公開日2010年3月10日 申請日期2009年10月12日 優先權日2009年10月12日
發明者棟 周, 方以坤, 朱明剛, 衛 李, 睿 趙 申請人:鋼鐵研究總院