CoxZn1-xFe2O4及其鑭系摻雜納米晶的軟化學(xué)法合成和磁學(xué)性能.pdf

1、本論文以廉價的硫酸鹽及硝酸鹽等為原料,以NaOH、Na2CO3和NH3·H2O為沉淀劑(反應(yīng)劑),分別通過共沉淀法和水熱法制備了尖晶石結(jié)構(gòu)的CoxZn1-xFe2O4及CoFe2-xRexO4(Re=Dy3+、La3+)納米晶。通過XRD、FTIR、SEM和VSM等測試手段,分別探究了溶液pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、燒結(jié)溫度、組分對比、檸檬酸三鈉加入量和鑭系摻雜等因素對CoxZn1-xFe2O4納米晶的晶相結(jié)構(gòu)、形貌和磁學(xué)性能的影響。獲

2、得如下研究結(jié)果:
　　 ①以NaOH為沉淀劑,在溶液pH值為12,溫度為80℃的條件下,通過共沉淀反應(yīng)60min,可一步直接獲得粒徑在11-15nm之間的球形尖晶石結(jié)構(gòu)CoxZn1-xFe2O4系列納米晶。CoxZn1-xFe2O4納米晶磁性隨鈷含量的增加而增強(qiáng),逐漸從順磁性轉(zhuǎn)變?yōu)閬嗚F磁性。加入表面活性劑(CTAB及十二烷基磺酸鈉)可在一定程度上改變樣品的分散狀況,但對樣品晶相結(jié)構(gòu)和粒徑無明顯影響。燒結(jié)過程可使樣品粒徑增大,并使

3、樣品的比飽和磁化強(qiáng)度、比剩余磁化強(qiáng)度、矯頑力都增大,燒結(jié)后樣品的比飽和磁化強(qiáng)度接近塊體材料水平。適量的Dy3+摻雜不會改變CoFe2O4(即CoFe2-xOyxO4)的晶相結(jié)構(gòu),但當(dāng)摻雜達(dá)到一定量時(x≥0.07)會出現(xiàn)DyFeO3雜相。
　　 ②以NH3·H2O共沉淀法制備CoxZn1-xFe2O4納米晶需要燒結(jié),制備的氫氧化物前驅(qū)體混合沉淀在750℃燒結(jié)3h后可得到平均粒徑均在20-40nm之間的球形尖晶石結(jié)構(gòu)CoxZn1-

4、xFe2O4納米晶,且提高燒結(jié)溫度能促進(jìn)晶體生長。本方法制備的CoxZn1-xFe2O4納米晶的比飽和磁化強(qiáng)度大于NaOH共沉淀法直接制備的樣品,但小于NaOH共沉淀法制備的燒結(jié)樣品。
　　 ③在以NaOH作反應(yīng)劑,水熱法制備CoxZn1-xFe2O4系列納米晶時,溶液適宜pn值為13。在溶液pn值為13的條件下,經(jīng)160℃水熱反應(yīng)12h可制備平均粒徑為11-17nm的球形尖晶石結(jié)構(gòu)CoxZn1-xFe2O4納米晶。制備的CoF

5、eO4納米晶顯示為亞鐵磁性,比飽和磁化強(qiáng)度為86.7emu/g,矯頑力為1010.7Oe,均強(qiáng)于共沉淀法制備的產(chǎn)品。相同條件下可制備出尖晶石結(jié)構(gòu)CoDyxFe2-xO4及CoFe(2-x1)LaxO4系列納米晶,但當(dāng)摻雜量過大(x≥0.07)時,會產(chǎn)生雜相。且La3+摻雜對CoFeO4納米晶的影響強(qiáng)于Dy3+摻雜,對改善CoFeO4納米晶磁性能更有益,其中CoFe1.98La0.02O4的比飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到93emu/g。
　　

6、 ④在以NaOH作反應(yīng)劑,溶液的。pH值為13條件下,經(jīng)水熱法制各CoFe2O4納米晶的過程中,檸檬酸三鈉的加入可以有效抑制晶粒生長,并改善其分散性,但過量的檸檬酸三鈉會對某些晶面生長產(chǎn)生抑制作用或刻蝕作用。在上述水熱反應(yīng)工藝中,反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對CoFeO4納米晶晶粒形貌和尺寸影響較小,檸檬酸三鈉的用量是影響CoFe2O4納米晶尺寸及分散性的關(guān)鍵因素。
　　 ⑤以NH3·H2O作反應(yīng)劑,溶液pH值等于10的條件下,可經(jīng)水熱反