化学合成具有超强磁性的纳米颗粒在制作永磁体、电子器件和医药领域都有很重要的意义。目前合成的强磁性纳米颗粒通常是基于铁铂（FePt）材料（矫顽力大于10 kOe），不过这种材料的高成本限制了其广泛应用。相比FePt，含稀土元素的磁体例如NdFeB、SmCo、SmFeN都具有与FePt相当甚至更强的磁性能，因此格外受到材料学家关注。但是由于稀土元素的不稳定性和易氧化性，合成可控的纳米颗粒非常困难。最近，美国布朗大学的Shouheng Sun教授课题组设计合成了一系列含有稀土Sm元素的纳米磁体。这种方法可有效控制纳米磁体的尺寸和元素比例，克服了之前合成中存在的低产率、纳米颗粒团聚等问题。合成的纳米磁体与高分子聚合物混合形成的复合物，在被外磁场磁化后表现出卓越的磁性能。
这种合成方法通过控制纳米颗粒的前驱体进而控制最终纳米颗粒的尺寸。首先，通过在高温条件下，有机溶剂中热分解金属盐，Sm元素和Co元素可以共沉淀到同一氧化物相中。在这过程中，调节无机盐的浓度可以控制所得的SmCoOx纳米颗粒的尺寸。接着通过氧化钙保护和金属钙高温还原煅烧，SmCoOx被还原为强铁磁性的SmCo5颗粒。所得到的纳米颗粒的磁性显示出明显的尺寸效应。这些颗粒可以分散在乙醇中，从而进一步与高分子聚合物混合成纳米复合物。经过外磁场磁化后其磁性能大幅增强，其中，200纳米SmCo5颗粒的矫顽力达到了49 kOe，是目前已知的磁性纳米颗粒中的最大值。
这种合成方法还可以拓展到其他含Sm金属的纳米磁体。通过调节初始金属盐的比例，Sm2Co17纳米颗粒可以被合成。如果把Co元素换成Fe元素，Sm2Fe17纳米颗粒也能通过类似方法得到，Sm2Fe17可以进一步被氮化，形成Sm2Fe17N3纳米磁体。所得到的含Sm的各种磁体都具有极大的矫顽力（大于15 kOe）。该研究为超强磁性纳米颗粒的合成以及高分子-磁性纳米颗粒的组装提供了一种新的方法。
该论文作者为：Bo Shen, Chao Yu, Alexander A. Baker, Scott K. McCall, Yongsheng Yu, Dong Su, Zhouyang Yin, Hu Liu, Junrui Li, Shouheng Sun
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Chemical synthesis of magnetically hard and strong rare-earth metal based nanomagnets
Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201812007
导师介绍
Shouheng Sun
http://www.x-mol.com/university/faculty/2173
（本稿件来自Wiley）
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