納米鐵氧體磁性材料的制備

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1、材料科學(xué)前沿題目：納米鐵氧體磁性材料學(xué)院：理學(xué)院班級(jí)：Y130802姓名：陳國紅學(xué)號(hào)：S13008063摘要：鐵氧體納米磁性材料是一類非常重要的無機(jī)功能材料，其應(yīng)用涉及到電子、信息、航天航空、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。綜述了納米結(jié)構(gòu)鐵氧體磁性材料化學(xué)制備方法的研究進(jìn)展，以及它們的應(yīng)用，分析了其存在的問題，展望了研究和開發(fā)納米結(jié)構(gòu)鐵氧體磁性材料的新性能和新技術(shù)的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：納米磁性材料；鐵氧體；制備；應(yīng)用鐵氧體是從20世紀(jì)40年代迅速發(fā)展起來的一種新型的非金屬磁性材料。和金屬磁性材料相比，鐵氧體具有電阻率大、介電性能高、在高頻時(shí)具有較高的磁導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鐵氧體不

2、僅在通訊廣播、自動(dòng)控制、計(jì)算技術(shù)和儀器儀表等電子工業(yè)部門應(yīng)用日益廣泛，已經(jīng)成為不可缺少的組成部分，而且在宇宙航行、衛(wèi)星通訊、信息顯示和污染處理等方面，也開辟了廣闊的應(yīng)用空間。在生產(chǎn)工藝上，鐵氧體類似于一般的陶瓷工藝，操作方便易于控制，不像金屬磁性材料那樣要軋成薄片或制成細(xì)粉介質(zhì)才能應(yīng)用。由于鐵氧體性能好、成本低、工藝簡(jiǎn)單、又能節(jié)約大量貴金屬，已成為高頻弱電領(lǐng)域中很有發(fā)展前途的一種非金屬磁性材料l鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)鐵氧體作為一種具有鐵磁性的金屬氧化物，是由鐵和其他一種或多種金屬組成的復(fù)合氧化物。實(shí)用化的鐵氧體主要有以下幾種晶體類刑1．1尖晶石型鐵氧體尖晶石型鐵氧體的化學(xué)分子式為

3、MnFe204或M0Fe203，M是指離子半徑和二價(jià)鐵離子相近的二價(jià)金屬離子(Mn2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Co2+等)或平均化學(xué)價(jià)為二價(jià)的多種金屬離子組(如Li0.5Fe0.53)。以Mn2+替代Fe2+所合成的復(fù)合氧化物MnFe204稱為錳鐵氧體，以Zn2+替代Fe2+所合成的復(fù)合氧化物ZnFe204稱為鋅鐵氧體。通過控制替代金屬，可以達(dá)到控制材料磁特性的目的。由一種金屬離子替代而成的鐵氧體稱為單組分鐵氧體。由兩種或兩種以上的金屬離子替代可以合成出雙組分鐵氧體和多組分鐵氧體。錳鋅鐵氧體(Mn—ZnFe2O4)和鎳鋅鐵氧體(Ni—ZnFe204)就是雙

4、組分鐵氧體，而錳鎂鋅鐵氧體(Mn—Mg—ZnFe2O4)則是多組分鐵氧體。1．2磁鉛石型鐵氧體磁鉛石型鐵氧體是和天然礦物——磁鉛石Pb(Fe7.5Mn3.5Alo.5Ti0.5)019有類似晶體結(jié)構(gòu)的鐵氧體，屬于六角晶系，分子式為MFel2019或Bao·6Fe203，M為二價(jià)金屬離子Ba2+、Sr2+、Pb2+等。通過控制替代金屬，也可以獲得性能改善的多組分鐵氧體。1．3石榴石型鐵氧體石榴石型鐵氧體是指一種和天然石榴石(Fe，Mg)3A12(Si04)3有類似晶體結(jié)構(gòu)的鐵氧體，屬于立方晶系，分子式為R3Fe5012或3Me203·5Fe203，M表示三價(jià)稀土金屬離子Y3+

5、、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tu3+、Y3+b或Lu3+等。如果其他金屬離子M3+或(M2++M4+)置換部分Fe3+，就組成了石榴石型復(fù)合鐵氧體。1．4鈣鈦礦型鐵氧體鈣鈦礦型鐵氧體是指一種和鈣鈦礦(CaTiO3)有類似晶體結(jié)構(gòu)的鐵氧體，分子式為RFe03，M表示三價(jià)稀土金屬離子。其他金屬離子M3+或(M2++M4+)也可以置換部分Fe3+，組成復(fù)合鈣鈦礦型鐵氧體。2納米尖晶石鐵氧體磁性材料的制備經(jīng)典的制備方法是陶瓷方法，需要很高的溫度和很長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，而且伴隨研磨，這就導(dǎo)致了雜質(zhì)的產(chǎn)生?；瘜W(xué)法制備在近幾年引起了人們的廣泛關(guān)注，化

6、學(xué)合成法制得的材料顆粒尺寸、形狀、組分可控，而且材料的性能可根據(jù)條件進(jìn)行改善，發(fā)展較快的制備納米結(jié)構(gòu)鐵氧體的方法有溶膠．凝膠法、化學(xué)共沉淀法、前驅(qū)體熱解法、水熱法、自蔓延燃燒法、微乳法和模板法等。2．1溶膠．凝膠法金屬醇鹽、溶劑、水以及催化劑組成均相溶液，由水解縮聚而形成均相溶膠，進(jìn)一步陳化成為濕凝膠，經(jīng)過蒸發(fā)得到干凝膠，燒結(jié)，得到致密的納米顆粒材料。其磁性能和干凝膠的焙燒溫度和鐵氧體的含量有關(guān)。Hutlova等[1]采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法。得到高矯頑力的SiO2包裹CoFe204的納米顆粒。有文獻(xiàn)報(bào)道了溶膠-凝膠法可制得SiO2包裹的y-Fe203納米顆粒，并詳細(xì)地研究了

7、反應(yīng)組分、溫度等對(duì)產(chǎn)物的磁性能影響。通過W／O微乳法形成納米膠束限制大小，可制得分散于微米抗磁基體中超順磁納米晶；改變基體材料后，采用類似的方法制得Fe203／A1203復(fù)合材料。Gao等[2]將含有Fe2+和Fe3+的水溶液逐滴加入到含有CTAB的甲苯溶液中，攪拌4h后加入NH3·H20，再加入硅酸乙酯，得到球形納米磁性材料均勻分散在SiO2基體中的納米磁性復(fù)合材料。用以檸檬酸為絡(luò)合物的絡(luò)合物型溶膠一凝膠法在相對(duì)低的溫度制備了單一的z型鐵氧體，并表現(xiàn)出良好的磁性能。Xiong等[3]采用硬脂酸溶膠．凝膠法制備了C