磁性纳米颗粒的尺度会对其自身的各种物理参数发生很大影响,例如居里温度、矫顽力以及饱和磁化强度等,然后影响其磁化行为。因而,颗粒尺度是磁性纳米颗粒的重要参数之一,在其使用的许多范畴都对颗粒粒径提出了具体要求,如纳米双相复合磁体中的软硬磁相都有准确的尺度要求。长期以来,小尺度的磁性纳米颗粒的尺度可操控备及其对生物分子的呼应一直是磁学和生物医学范畴研讨和使用的前沿课题,特别是粒径巨细在2-20nm规模的磁性纳米颗粒特别遭到重视。因而,简略可控地制备尺度可准确操控的磁性纳米颗粒是其使用的条件条件之一。
在已有的研讨报导中,使用化学热分化法制备磁性纳米颗粒时,首要经过改动外表活性剂与所用金属盐的份额,或许经过改动升温速率等工艺调整磁性纳米颗粒的形核以及成长速度,然后完成磁性纳米颗粒的粒径调控。可是,这些调控办法一般需求改动较多的制备工艺条件,不利于推广使用;而且,这些调控办法所能到达的调控规模在1-2nm以上,关于1nm以下的粒径调控,因为金属前躯体的分化速度无法操控而未能完成。弄清纳米颗粒的成长机理,然后完成准确的尺度操控是一个必要的条件。而现在对FePt成长机理的知道还缺乏,停留在外表,其首要原因是其形核和成长速度太快。
中科院宁波资料技能与工程研讨所纳米磁性资料研讨团队的杜娟研讨员及其博士生边宝茹等研讨者在FePt纳米颗粒的成长机理和尺度操控方面展开了研讨作业,该作业一起得到了测试中心夏卫星研讨员在电镜表征方面的大力协助。研讨人员经过一个中间体,即羰基铁与油胺的络合物,有用操控了金属前躯体Fe的分化速度,即使用Fe(CO)x-OAm和Pt(acac)2作为FePt纳米颗粒制备的前躯体,操控了FePt纳米颗粒形核和长大的速度,经过TEM调查到了其全进程。
研讨标明,在FePt纳米颗粒的制备进程中,油酸OAm与羰基铁Fe(CO)5的反响温度激烈的影响FePt纳米颗粒的形核和长大进程。经过油胺OAm与羰基铁Fe(CO)5络合温度的操控取得的FePt纳米颗粒成长进程如图1和图2所示。经过对形核和长大进程的TEM调查发现,FePt纳米颗粒的成长机理由奥斯特瓦尔德熟化机制Ostwald-ripening (OR) 和取向附生晶机制Oriented-attachment (OA)一起操控,其成长进程示意图见图3。而制备Fe(CO)x-OAm进程中油胺和羰基铁的份额能有用按捺OA进程,然后可以操控FePt纳米颗粒的尺度和描摹。经过对油酸OAm与羰基铁Fe(CO)5络合温度和络合量的操控,研讨取得了在0.5纳米尺度调控的FePt纳米颗粒,所得FePt单晶纳米颗粒的尺度分别为5.1,4.7,4.3,4.0和3.6 nm,而且所得颗粒具有十分小的尺度散布和近圆形的描摹,如图4所示。
该作业为研讨其它纳米颗粒的成长机理供给了一条可行性途径,即选用中间体操控纳米颗粒的形核和长大速度,然后使用TEM调查纳米颗粒的成长机制。一起,也为用化学法操控纳米颗粒的尺度和描摹供给了有利的学习。
该作业申请了中国专利,一种粒径可调控的磁性纳米合金颗粒的制备办法,申请号:7.9。相关作业取得同行专家的高度评价,宣布在英国皇家化学学会期刊Nanoscale, 5, 2454 (2013)上。
该研讨作业取得了国家自然科学基金、国家973项目、中科院要点布置项目及浙江省杰出青年基金等项目的赞助。
图1 a-d分别为220℃、280℃,在280℃保温60分钟和240分钟时所得到的FePt纳米颗粒的TEM
图3 FePt纳米颗粒的构成进程:阶段i,很多的FePt纳米颗粒的核构成;阶段ii,纳米核经过OA和OR两种成长机制逐步长大;阶段iii,大颗粒经过吸收小颗粒经过OR进程逐步长大成终究尺度和描摹。(小的点状物代表原子单体,带有条纹的圆代表纳米颗粒)
图4 TEM捕捉到的形核和长大进程中OR和OA两个成长进程,以及终究构成球形和纳米棒形FePt颗粒的终究描摹。
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