尖晶石型鐵氧體空心-多孔微球的制備與磁性研究.pdf

1、在過(guò)去十年里，功能材料的合成取得了巨大的成就，尺寸從幾個(gè)納米到幾百個(gè)納米的各種奇特結(jié)構(gòu)，包括管、棒、八面體和其它自組裝結(jié)構(gòu)等取得了快速發(fā)展。在眾多不同結(jié)構(gòu)納米材料中，磁性空心微球由于其特殊的性能以及在高密度磁記錄、磁流體、磁共振成像、生物醫(yī)藥等方面的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。四氧化三鐵和鈷鐵氧體同屬于尖晶石型鐵氧體，是性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛的重要磁性材料。因此，探討四氧化三鐵和鈷鐵氧體空心或多孔結(jié)構(gòu)材料制備方法，研究改善鐵氧體空心或多孔結(jié)構(gòu)材料的

2、磁性的途徑具有重要的意義。本論文采用一步溶劑熱法結(jié)合奧斯特瓦爾德熟化過(guò)程合成了Fe3O4和CoxFe3-xO4空心/多孔微球，研究了它們的結(jié)構(gòu)、形貌、磁性及交換偏置效應(yīng)，優(yōu)化了納米結(jié)構(gòu)鐵氧體空心/多孔微球的合成工藝，探討了鐵氧體空心/多孔材料的磁性機(jī)理，發(fā)現(xiàn)CoxFe3-xO4多孔微球系統(tǒng)具有顯著的正向交換偏置效應(yīng)。鈷鐵氧體在高密度磁記錄方面有重要應(yīng)用，CoxFe3-xO4多孔微球系統(tǒng)中的交換偏置效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于克服磁介質(zhì)中的超順磁行為

3、，提高磁記錄密度具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 主要內(nèi)容歸納如下：
　　 1、通過(guò)溶劑熱反應(yīng)首次合成了CoFe3-xO4多孔微球。實(shí)驗(yàn)表明，多孔微球具有高分散性和高均勻性，微球直徑約300nm。不同Co2+含量的CoFe3-xO4多孔微球均表現(xiàn)為優(yōu)良的亞鐵磁性；特別地，高Co含量的CoFe3-xO4多孔微球存在顯著的正向交換偏置效應(yīng)，這種奇特的現(xiàn)象還未見(jiàn)報(bào)道。通過(guò)改變Co2+含量，可以得到不同磁性能的CoxF3-x

4、O4復(fù)合鐵氧體以滿足不同的應(yīng)用需求。
　　 2、系統(tǒng)地研究了CoxFe3-xO4多孔微球的交換偏置效應(yīng)。在加場(chǎng)冷卻(FC)和零場(chǎng)冷卻(ZFC)過(guò)程中，磁性測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在x=0.8和x=1的高Co含量情況下，CoxFe3-xO4多孔微球存在顯著的正向交換偏置效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，冷卻溫度和Co2+含量對(duì)CoxFe3-xO4多孔微球的交換偏置效應(yīng)有明顯的影響。隨溫度增加，交換偏置場(chǎng)快速減小到零，而矯頑力逐漸增加，在阻塞溫度TB附近達(dá)極大值。

5、隨著Co2+含量x增加，矯頑力和偏置場(chǎng)都增加，阻塞溫度也有所提高，交換偏置效應(yīng)更加顯著。當(dāng)Co2+含量x較低時(shí)（x≤0.2），沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的交換偏置效應(yīng)。我們認(rèn)為，交換偏置效應(yīng)主要來(lái)自于納米晶粒表面的自旋無(wú)序與體內(nèi)自旋有序的交換耦合作用。CoxFe3-xO4納米顆粒內(nèi)部亞鐵磁層與自旋凍結(jié)的表面層的相互作用為反鐵磁性，所以在CoxFe3-xO4納米顆粒系統(tǒng)中產(chǎn)生了正向交換偏置現(xiàn)象。隨著Co2+含量的增加，CoxFe3-xO4納米顆粒的磁晶

6、各向異性增大，則表面層對(duì)內(nèi)部亞鐵磁層的“釘扎”作用增強(qiáng)，交換偏置效應(yīng)更顯著。
　　 3、采用尿素為起始反應(yīng)試劑合成出Fe3O4片狀納米顆粒與空心微球，系統(tǒng)地研究了反應(yīng)條件對(duì)微球形貌和磁性能的影響。在220℃、保溫8h條件下，反應(yīng)生成Fe3O4片狀納米顆粒，保溫時(shí)間延長(zhǎng)至12h，片狀綱米顆粒逐漸溶解最后形成分散性好、大小均勻的Fe3O4空心微球。室溫磁性測(cè)量表明，不同保溫時(shí)間合成的Fe3O4顆粒在室溫下均呈現(xiàn)較高的亞鐵磁性，其中，

7、保溫時(shí)間12h的空心結(jié)構(gòu)Fe3O4微球具有較高的飽和磁化強(qiáng)度和較低的矯頑力。
　　 4、采用醋酸銨為起始反應(yīng)試劑合成出Fe3O4空心微球，重點(diǎn)研究了不同溫度下Fe3O4空心微球的磁性。與尿素為起始反應(yīng)試劑的方法相比，采用醋酸銨為起始反應(yīng)試劑的合成方法具有明顯的優(yōu)越性，這種方法在較寬的溫度(200-220℃)和時(shí)間范圍(12-24h)能制備出高分散性、高均勻性的Fe3O4空心微球。并且，在同等條件下制備產(chǎn)物的比飽和磁化強(qiáng)度(Ms)