,910 北京科技大学学报 第30卷 片.由提纯后的CNTs的TEM照片（图1(b)可 化物及铁氧体的衍射峰出现，这说明CNTs内包覆 见，CNTs准直杂质少，管径均匀一致，包覆的物质 的粒子是铁、钴或它们的合金纳米粒子， 连续、均匀清晰可见， 2.2包覆Fe/Co粒子的CNTs磁学性能测试与分 2.1.2Fe/Co粒子的表征 析 图2是试样的Raman光谱图，最强的峰 在室温下测量了CNTs内包覆Fe/Co磁性纳米 1579cm1接近石墨峰1580cm1(G),这说明 粒子的磁滞回线，如图4所示.其比饱和磁化强度 CNTs接近理想的晶体结构，G峰表明了CNTs的 ,为17.30A·m2kg1,比剩余磁化强度为 晶化情况.另一个较强峰出现在1342cm处(D), 3.96Am2kg1,矫顽力H。为31521.60Am1, 当石墨层片存在五边形和七边形或其他缺陷时，会 矫顽力的数值大于大块状FeCo合金数十倍，包覆 在1346cm-1处产生这种缺陷峰，D峰表明了CNTs Fe/Co粒子的碳纳米管的矫顽力出现大幅增加，磁 的纯度情况，D峰比较高是由于MWCNTs的层数 滞回线说明了样品具有很强的磁各向异性，易磁化 较多并含缺陷数量较多引起的 方向沿纳米线方向，本文认为是因为碳纳米管的高 长径比形貌特性导致了阵列的非共轴磁各向异性， 使体系的矫顽力相对于块体或薄膜材料大幅提高 矫顽力的大幅度提高使其能承受较大的退磁作用， 有望在高密度磁记录材料中得到应用.这方面的研 究还有待进一步开展 20 15 4006008001000120014001600 拉曼位移fcm' 10F 5 图2CNTs内包覆磁性纳米粒子的Raman光谱图 0 Fig-2 Raman spectrum of magnetic CNTs composites after oxida- tion treatment by H2S04 and HNO3 -10 -15 样品的X射线衍射谱如图3所示.在X射线衍 -20 射图中，在20=26.1°处，最强的峰是CNTs的特征 -1200-800-40004008001200 H/(kA.m) 峰(002)，该峰呈左右对称，位于26附近，对应于石 墨层片的间距为0.34nm,说明MWCNTs的层间距 图4包覆Fe/Co粒子CNTs的磁滞回线 约为0.34nm,在20=43°处，还出现了CNTs的另 Fig.4 Hysteresis loops of Fe/Co particles encapsulated in CNTs 一个特征峰(100).除了CNTs的特征峰20=26.0° 和43.0°外，还出现了强度较弱的Fe(或FeCo合金 3结论 峰)、Co衍射峰，表明CNTs内的粒子的成分是铁、 (1)本文采用阳极弧光放电法，通过精确控制 钴及其合金，产物中除金属Fe(或FeCo合金峰)、 Fe和Co的质量比例为1：1，并且Fe和Co混合粉末 Co和CNTs的衍射峰外，没有金属碳化物、金属氧 的质量占蒸发石墨棒质量的20%，成功地将Fe/Co 40000 35000 CNTs(002) 磁性纳米粒子包覆在CNTs内，合成物的产率达到 30000 2~5g/h. 25000 20000 (2)Raman光谱图表明CNTs接近理想的晶体 15000 CNTs(100) 结构；X射线衍射谱得知内包覆的物质为Fe/Co磁 蒙10000 5000 性纳米粒子；TEM测试结果表明包覆后的CNTs准 06 FRC FCco CoFe co 直、杂质少且管径均匀一致，被包覆粒子均匀、连续 -5000号1015202530354045505560 (3)本实验的产物经VSM检测得到样品的比 20°) 饱和磁化强度6，为17.30Am2kg1,比剩余磁化 图3CNT:内包覆磁性纳米粒子的X射线衍射图 强度g,为3.96Am2kg1,矫顽力H。为 Fig.3 X-ray diffraction pattern of CNTs encapsulated metal parti- 31521.60Am-1,其中矫顽力数十倍于块状Fe℃o cles after oxidation treatment by H2SO and HNO3 合金，片．由提纯后的 CNTs 的 TEM 照片（图1（b））可 见‚CNTs 准直杂质少‚管径均匀一致‚包覆的物质 连续、均匀清晰可见． 2∙1∙2 Fe／Co 粒子的表征 图2 是 试 样 的 Raman 光 谱 图．最 强 的 峰 1579cm －1接 近 石 墨 峰 1580cm －1（G）‚这 说 明 CNTs 接近理想的晶体结构‚G 峰表明了 CNTs 的 晶化情况．另一个较强峰出现在1342cm －1处 （D）‚ 当石墨层片存在五边形和七边形或其他缺陷时‚会 在1346cm －1处产生这种缺陷峰‚D 峰表明了 CNTs 的纯度情况．D 峰比较高是由于 MWCNTs 的层数 较多并含缺陷数量较多引起的． 图2 CNTs 内包覆磁性纳米粒子的 Raman 光谱图 Fig．2 Raman spectrum of magnetic CNTs composites after oxida￾tion treatment by H2SO4and HNO3 图3 CNTs 内包覆磁性纳米粒子的 X 射线衍射图 Fig．3 X-ray diffraction pattern of CNTs encapsulated metal parti￾cles after oxidation treatment by H2SO4and HNO3 样品的 X 射线衍射谱如图3所示．在 X 射线衍 射图中‚在2θ＝26∙1°处‚最强的峰是 CNTs 的特征 峰（002）‚该峰呈左右对称‚位于26°附近‚对应于石 墨层片的间距为0∙34nm‚说明 MWCNTs 的层间距 约为0∙34nm．在2θ＝43°处‚还出现了 CNTs 的另 一个特征峰（100）．除了 CNTs 的特征峰2θ＝26∙0° 和43∙0°外‚还出现了强度较弱的Fe（或Fe－Co 合金 峰）、Co 衍射峰‚表明 CNTs 内的粒子的成分是铁、 钴及其合金．产物中除金属 Fe（或 FeCo 合金峰）、 Co 和 CNTs 的衍射峰外‚没有金属碳化物、金属氧 化物及铁氧体的衍射峰出现‚这说明 CNTs 内包覆 的粒子是铁、钴或它们的合金纳米粒子． 2∙2 包覆 Fe／Co 粒子的 CNTs 磁学性能测试与分 析 在室温下测量了 CNTs 内包覆 Fe／Co 磁性纳米 粒子的磁滞回线‚如图4所示．其比饱和磁化强度 σs 为17∙30A·m 2·kg －1‚比剩余磁化强度 σr 为 3∙96A·m 2·kg －1‚矫顽力 Hc 为31521∙60A·m －1‚ 矫顽力的数值大于大块状 Fe－Co 合金数十倍‚包覆 Fe／Co 粒子的碳纳米管的矫顽力出现大幅增加．磁 滞回线说明了样品具有很强的磁各向异性‚易磁化 方向沿纳米线方向．本文认为是因为碳纳米管的高 长径比形貌特性导致了阵列的非共轴磁各向异性‚ 使体系的矫顽力相对于块体或薄膜材料大幅提高． 矫顽力的大幅度提高使其能承受较大的退磁作用‚ 有望在高密度磁记录材料中得到应用．这方面的研 究还有待进一步开展． 图4 包覆 Fe／Co 粒子 CNTs 的磁滞回线 Fig．4 Hysteresis loops of Fe／Co particles encapsulated in CNTs 3 结论 （1） 本文采用阳极弧光放电法‚通过精确控制 Fe 和Co 的质量比例为1∶1‚并且Fe 和Co 混合粉末 的质量占蒸发石墨棒质量的20％‚成功地将 Fe／Co 磁性纳米粒子包覆在 CNTs 内．合成物的产率达到 2～5g／h． （2） Raman 光谱图表明 CNTs 接近理想的晶体 结构；X 射线衍射谱得知内包覆的物质为 Fe／Co 磁 性纳米粒子；TEM 测试结果表明包覆后的 CNTs 准 直、杂质少且管径均匀一致‚被包覆粒子均匀、连续． （3） 本实验的产物经 VSM 检测得到样品的比 饱和磁化强度 σs 为17∙30A·m 2·kg －1‚比剩余磁化 强 度 σr 为 3∙96A·m 2·kg －1‚矫 顽 力 Hc 为 31521∙60A·m －1‚其中矫顽力数十倍于块状 Fe－Co 合金． ·910· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷