高飽和磁化強度磁性碳納米管的制備與性能研究.pdf

1、具備優(yōu)異的物理和化學性能碳納米管(carbon nanotubes，CNTs)自1991年被發(fā)現(xiàn)以來。就被發(fā)掘出了諸多優(yōu)點，例如，耐熱性好，比表面積大，機械強度高等。碳納米管通過與磁性粒子的有機整合（在碳納米管表面包覆或管內填充磁性納米粒子），可以同時綜合兩者的物理性質和化學性質，使其復合產(chǎn)物在催化劑、磁存儲、生物醫(yī)學、吸波劑等領域具有廣闊的應用前景。因此，相較于其他材料，碳納米管的復合材料的使用會使其具有出人意料的優(yōu)異性能。本論文旨在

2、采用填充法，在一定溫度下制備出Fe-N/CNTs納米復合材料，研究不同氨氣流量對樣品組織、成分與性能的影響，并分析其制備形成機理，為開發(fā)新型磁性碳納米管的應用方面提供試驗與理論基礎。
　　本論文在之前研究工作的基礎上，以平均直徑20～50納米的碳納米管（純度＞90％）為原料，使用Fe(NO3)3的過飽和溶液并利用碳納米管的毛細作用制備了Fe(NO3)3-CNTs復合物。將該粉末經(jīng)過干燥后，在650℃不同氨氣流量(0.1～2m3/h

3、)下進行氣體氮化處理2h，并在無氨氣氛圍下進行對比實驗，對其實驗進行初步探究。同時對不同工藝制備的樣品進行顯微組織的觀察及物相結構、磁學性能、吸波性能的測試與分析。
　　研究結果表明，本論文利用填充法，通過碳納米管的毛細作用與不同的氨氣流量成功制備了具有填充型磁性碳納米管復合材料，磁性粒子主要包括γ'-Fe4N、ε-Fe3N、ξ-Fe2N以及γ-Fe2O3。在Fe-N/CNTs復合材料的制備過程中，因為不同氨氣流量而獲得不同氮含量

4、的Fe-N合金。在650℃滲氮時，由于納米Fe2O3顆粒的出現(xiàn)以及氮勢與硝酸鐵濃度控制得當，使反應偏離了理論上的共析轉變。在本論文Fe-N/CNTs復合材料的制備工藝中，650℃保溫2h且氨氣流量0.5m3/h時所得到的γ'-Fe4N/CNTs具有較高的飽和磁化強度（91.79emu/g）、矯頑力(219.35Oe)、磁學性能分布均勻和低頻段吸波性能潛力巨大(RL=-10.91dB)等最佳的綜合性能。在對比試驗中，無氨氣的氛圍下Fe(N

5、O3)3/CNTs中Fe(NO3)3受熱分解成α-Fe2O3后發(fā)生一系列轉變并通過Fe3O4生成γ-Fe2O3。γ-Fe2O3/CNTs不僅具有良好的磁學性能（Ms=61.86emu/g、Hc=232.5Oe）而且在吸波性能方面也因其阻抗匹配更優(yōu)于Fe-N/CNTs復合材料也較為出眾，故具有更好的吸波性能(d=1.8mm，RL=-34.23dB，有效帶寬為1.2GHz)。Fe4N/CNTs復合材料的阻抗匹配還有所欠缺，故在吸波劑方面還需