Nd/FM(FM=Fe,Co,Ni)/PA66三层同轴纳米电缆的制备及磁性能

摘要

在这项工作中开发了一种新的三层同轴纳米电缆的制备方法。 Nd/FM (FM=Fe, Co, Ni)/PA66 三层同轴纳米电缆从外到内逐层组装成功。用作外壳的 PA66 纳米管是通过聚合物溶液润湿 AAO 模板制备的。将铁磁金属和 Nd 沉积到预先制备的 PA66 纳米管中，分别作为中间层和内核。结果表明，该结构对磁性能有影响，纳米电缆的制备使得纳米电缆的每一层、长度和厚度都可以调整。

背景

同轴纳米电缆是复合系统中一种特殊的一维纳米结构，因其独特的结构和性能而备受关注。因此，纳米电缆在催化剂、储能、光电材料、纳米生物技术、环境保护、磁传感器和磁记录介质等领域具有潜在应用[1,2,3,4,5,6,7,8,9, 10,11]。磁记录介质的发展受到超顺磁[12]和平面记录的限制。垂直记录涉及在垂直的三维列中而不是二维中记录数据。为了克服这些限制，可以创新和改进纳米材料的结构或材料的有效各向异性。建议使用铁磁圆柱体作为实现这一目标的介质。

铁磁圆柱体包括磁性多层纳米线、纳米电缆以及铁磁纳米管和纳米线。与铁磁纳米管和纳米线相比，磁性多层纳米线和纳米电缆有效提高了磁性能[13,14,15,16]，扩展了应用领域。在众多的制备方法中，模板法是最常用的制备方法之一。电沉积纳米圆柱的尺寸、形状和结构特性由模板和电沉积参数控制。众所周知，永磁材料由铁磁材料和稀土金属组成。受这些启发，制备了掺杂稀土元素的铁磁纳米线，可以改变复合材料的磁性[17]。据我们所知，掺 Nd 磁性纳米电缆的报道很少。我们制备了一系列稀土掺杂的多层纳米电缆阵列并研究了它们的磁性[18]。

在这里，简要概述了不使用任何改性剂的最先进的纳米电缆制备方法。我们采用阳极氧化铝（AAO）模板，该模板具有规则的通道和广泛的尺寸范围，适用于纳米管和纳米线和纳米电缆，制备了 Nd/FM（FM=Fe、Co、Ni）/PA66 三层同轴纳米电缆逐层连接。 PA66 纳米管的最外层是通过溶液润湿 AAO 模板制造的。由聚合物纳米管组成的外壳可以防止内部金属核被氧化和侵蚀，并保持优良的导电性和磁性。电沉积中间层铁磁纳米管和内部Nd纳米线，反过来，电沉积可以有效地控制几何结构。研究了同轴纳米电缆的磁性。

方法

PA66 纳米管和工作电极的制备

聚酰胺 66 (PA66) 纳米管可以通过用 2-6 wt% PA66 甲酸溶液润湿 AAO 模板（直径约 200 nm，厚度约 60 μm）获得。将一滴PA66溶液置于载玻片上，然后将一块AAO模板覆盖在PA66溶液上。 40 秒后获得 PA66 纳米管。一层PA66薄膜用甲酸处理，使PA66纳米管开放。然后在PA66/AAO复合膜的一侧溅射Au薄膜作为工作电极。

FM（FM=Fe、Co、Ni）/PA66 同轴纳米管的制备

电解质溶液由 0.7 M Ni²⁺ 配制 , 0.8 M Co²⁺ , 和 0.8 M Fe²⁺ 水溶液分开。 − 1.0 V/SCE 对于 Ni²⁺ , − 1.2 V/SCE 对于 Co²⁺ , 和 − 1.2 V/SCE 对于 Fe²⁺ 分别在PA66纳米管中制备Ni、Co和Fe纳米管15 min，得到FM/PA66双纳米管。

制备 Nd/FM/PA66 同轴纳米电缆

100 万 Nd³⁺ 制备电解质溶液，然后输入- 2.5 V直流电将Nd纳米线制备到FM/PA66同轴纳米管中60 min，形成Nd/FM/PA66同轴纳米电缆

在上述电沉积实验中，铂膜用作对电极，饱和 KCl 溶液中的 Ag/AgCl 电极用作参比电极。图1为制备三层纳米线的示意图，如下：

结果与讨论

我们做了一系列的条件实验，以确保更好的条件，使 PA66 纳米管和 FM 纳米管生长到相同的长度。 FM/PA66纳米管的纳米结构如图2所示。从图2a、c、e所示的SEM图像可以看出，FM纳米管和PA66纳米管的长度几乎相同，纳米管的嘴部几乎相同打开。去除 AAO 模板后，FM/PA66 纳米管形成规则阵列。 TEM 图像进一步证明了双层纳米管的纳米结构。从图 2b、d、f 可以看出，作为鞘层的 PA66 纳米管的壁是连续的。并且FM的纳米粒子均匀地分布在PA66纳米管的内壁上。正如我们之前的研究 [19] 所述，纳米粒子的直径约为 5 nm，每个纳米粒子都被视为一个磁畴。一定数量的调频纳米粒子结合在一起形成调频纳米管。因此，PA66纳米管和FM纳米管形成了双层同轴纳米管。