第8期 李维学等：碳纳米管内包覆Fe/Co粒子的磁性能 .909 Pd1,Ag、Au、Au2S3、CS和AuCl等填充到CNTs 一块尺寸为20mm×20mm×10mm,纯度为 中.最近，Kozhuharova等人在硅基底上通过高温分 99,99%的石墨块，实验时，将真空反应室的真空抽 解二茂（络）铁与二茂钴的混合物成功的将FeCo 至6.6mPa,然后停止扩散泵，给真空反应室通入惰 金属填充在多壁纳米碳管(MWCNTs)内4. 性气体，石墨棒蒸发的过程中，真空反应室的氦气压 Korneva提出了一种通过铁流体将磁性纳米粒子填 是60kPa,阳极电弧电流是70A,电压是24V,当阴 充到CNTs的新方法，Sun在不同温度下分解二茂 阳石墨电极之间的距离为1.0~2.0mm时，电弧产 (络)铁在制作出磁性CNTs的合成物，各种磁性材 生，在点燃电弧后的很短时间内，阳极石墨被迅速加 料包括C、CoFe2O4和FeCo已经被成功地包覆在 热，蒸发形成电弧等离子体。产物冷却后沉积在阴 CNTs内. 极和收集筒中，合成CNTs内包覆磁性纳米粒子的 目前，CNTs内填充技术尚不成熟，制备的合成 一维复合材料，标准的合成时间是2h 物由于CNTs弯曲、缠绕在一起，从而影响了在基体 用JEM1200EX型透射电子显微镜对提纯前、 中的分散性，给进一步的应用造成了很大的困难， 后的试样进行形貌观察，并配以Raman光谱图分析 阳极弧放电等离子体法虽然是一种传统的方法，但 确定其结构，用Rigaku D./max一Ⅲ型转靶X射线衍 是由于这种方法能够制备准直性能优良的CNTs, 射仪对提纯后的试样进行物相分析，磁性的测量在 有利于CNTs在基体中的分散以及合成，所以仍然 LakeShore7304型振动样品磁强计上进行 值得探索. 2结果与讨论 本研究利用阳极弧放电等离子体方法在惰性气 体氦气氛下蒸发含Fe、Co金属催化剂的石墨棒，在 Fe、Co粉末的质量比例在制备CNTs起着重要 CNTs内包覆了Fe、Co磁性纳米粒子，通过实验， 的作用，如果Fe、Co粉末的比例较低，只能生产出 得到了阳极碳棒中Fε、Co的比例，精确控制实验的 CNTs,其包覆物很少.只有当Fe、Co的质量比例是 参数，提高了合成物的产率，并且成功制备了准直的 1:1,并且Fe、Co混合粉末的质量占蒸发石墨棒质 磁性CNTs合成物，其磁学性能优良，特别是矫顽力 量的20%时，CNTs内包覆物的产率最高.实验后 远远高于块状的FeCo合金 测量可知产率达到2~5gh 1实验方法及材料 2.1测试结果分析 2.1.1CNTs提纯和表征 采用自制装置制备包覆Fe/Co磁性纳米粒子 取出阳极弧光放电法制备的棒状沉积物，用小 的CNTs,装置主要由直流电源装置、配气装置、抽 刀削去外面银灰色、坚硬的外壳，得到黑色的棒状 气装置、真空室、液体冷却收集筒、固定阴极（水冷 物，将其放入浓硫酸与浓硝酸（体积比为3：1）的混 却)和螺旋式阳极等几个部分组成，阳极石墨棒是 合溶液中浸泡4h,然后用去离子水慢慢地反复冲洗 由纯度为99.99%的石墨粉和铁、钴粉末均匀混合 过滤，直至pH值接近7为止，可以看到黑色棒状物 后在150MPa下压成直径为8mm×120mm的石 变得松软，从TEM照片观察，不仅去除了杂质粒子 墨棒，铁、钴混合粉末质量比是Fe:Co=1:1,在 而且几乎没有破坏碳管的定向排列 1000℃（氦气保护）下焙烧12h而成，阴极上装有 图1(a)和(b)分别是产物提纯前后的TEM照 200nm 100nm 图1浓硫酸与浓硝酸处理前(a)和处理后(b)CNTs的TEM图 Fig.1 TEM images of original CNTs (a)and after oxidation treatment by H2SO4 and HNO3(b)Pd ［13］、Ag、Au、Au2S3、CsS 和 AuCl 等填充到 CNTs 中．最近‚Kozhuharova 等人在硅基底上通过高温分 解二茂（络）铁与二茂钴的混合物成功的将 Fe－Co 金属 填 充 在 多 壁 纳 米 碳 管 （ MWCNTs） 内［14］． Korneva提出了一种通过铁流体将磁性纳米粒子填 充到 CNTs 的新方法．Sun 在不同温度下分解二茂 （络）铁在制作出磁性 CNTs 的合成物．各种磁性材 料包括 C、CoFe2O4 和 FeCo 已经被成功地包覆在 CNTs 内． 目前‚CNTs 内填充技术尚不成熟‚制备的合成 物由于 CNTs 弯曲、缠绕在一起‚从而影响了在基体 中的分散性‚给进一步的应用造成了很大的困难． 阳极弧放电等离子体法虽然是一种传统的方法‚但 是由于这种方法能够制备准直性能优良的 CNTs‚ 有利于 CNTs 在基体中的分散以及合成‚所以仍然 值得探索． 本研究利用阳极弧放电等离子体方法在惰性气 体氦气氛下蒸发含 Fe、Co 金属催化剂的石墨棒‚在 CNTs 内包覆了 Fe、Co 磁性纳米粒子．通过实验‚ 得到了阳极碳棒中 Fe、Co 的比例‚精确控制实验的 参数‚提高了合成物的产率‚并且成功制备了准直的 磁性 CNTs 合成物‚其磁学性能优良‚特别是矫顽力 远远高于块状的 Fe－Co 合金． 1 实验方法及材料 采用自制装置制备包覆 Fe／Co 磁性纳米粒子 的 CNTs‚装置主要由直流电源装置、配气装置、抽 气装置、真空室、液体冷却收集筒、固定阴极（水冷 却）和螺旋式阳极等几个部分组成．阳极石墨棒是 由纯度为99∙99％的石墨粉和铁、钴粉末均匀混合 后在150MPa 下压成直径为●8mm×120mm 的石 墨棒‚铁、钴混合粉末质量比是 Fe∶Co ＝1∶1‚在 1000℃（氦气保护）下焙烧12h 而成．阴极上装有 一块 尺 寸 为 20mm ×20mm ×10mm‚纯 度 为 99∙99％的石墨块．实验时‚将真空反应室的真空抽 至6∙6mPa‚然后停止扩散泵‚给真空反应室通入惰 性气体‚石墨棒蒸发的过程中‚真空反应室的氦气压 是60kPa‚阳极电弧电流是70A‚电压是24V．当阴 阳石墨电极之间的距离为1∙0～2∙0mm 时‚电弧产 生‚在点燃电弧后的很短时间内‚阳极石墨被迅速加 热‚蒸发形成电弧等离子体．产物冷却后沉积在阴 极和收集筒中‚合成 CNTs 内包覆磁性纳米粒子的 一维复合材料．标准的合成时间是2h． 用 JEM1200EX 型透射电子显微镜对提纯前、 后的试样进行形貌观察‚并配以 Raman 光谱图分析 确定其结构‚用 Rigaku D／max－Ⅲ型转靶 X 射线衍 射仪对提纯后的试样进行物相分析‚磁性的测量在 LakeShore7304型振动样品磁强计上进行． 2 结果与讨论 Fe、Co 粉末的质量比例在制备 CNTs 起着重要 的作用．如果 Fe、Co 粉末的比例较低‚只能生产出 CNTs‚其包覆物很少．只有当 Fe、Co 的质量比例是 1∶1‚并且 Fe、Co 混合粉末的质量占蒸发石墨棒质 量的20％时‚CNTs 内包覆物的产率最高．实验后 测量可知产率达到2～5g／h． 2∙1 测试结果分析 2∙1∙1 CNTs 提纯和表征 取出阳极弧光放电法制备的棒状沉积物‚用小 刀削去外面银灰色、坚硬的外壳‚得到黑色的棒状 物‚将其放入浓硫酸与浓硝酸（体积比为3∶1）的混 合溶液中浸泡4h‚然后用去离子水慢慢地反复冲洗 过滤‚直至 pH 值接近7为止‚可以看到黑色棒状物 变得松软‚从 TEM 照片观察‚不仅去除了杂质粒子 而且几乎没有破坏碳管的定向排列． 图1（a）和（b）分别是产物提纯前后的 TEM 照 图1 浓硫酸与浓硝酸处理前（a）和处理后（b）CNTs 的 TEM 图 Fig．1 TEM images of original CNTs （a） and after oxidation treatment by H2SO4and HNO3（b） 第8期 李维学等： 碳纳米管内包覆 Fe／Co 粒子的磁性能 ·909·