溶膠-凝膠法制備納米FeNiBa0.2Ox磁性材料

楊 永 梅

(黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山 245041)

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溶膠-凝膠法制備納米FeNiBa0.2Ox磁性材料

楊 永 梅

(黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山 245041)

摘要：用溶膠-凝膠法制備不同組成的鐵氧體粉末，利用XRD，TEM，VSM等分析測試手段對獲得的鐵氧體粒子的形貌、晶體結構、磁飽和強度進行表征。實驗結果表明：延長加熱的時間和提高熱處理的溫度使樣品的粒徑增大，鐵氧體粒子無論鍶元素加入與否都呈現較好的球形分布，引入鍶元素使晶體的結構發(fā)生了較大改變、磁飽和強度也隨之減小。

關鍵詞：鐵氧體；溶膠凝膠；磁性材料；納米顆粒

磁性材料是一種重要的電子材料，以其便捷的富集、回收特性而受到廣泛的關注，在水處理、載酶工程、生物醫(yī)藥、負載型催化劑等領域也得到了廣泛的應用。鐵氧體是一類新型磁性材料，在電磁場作用下具有磁損耗和介電損耗兩種功能，是一種優(yōu)良的磁性和吸波材料[9-12]。而鐵氧體材料中，鍶鐵氧體由于具有較大的磁晶各向異性場、高的飽和磁化強度、高的矯頑力和良好的化學穩(wěn)定性，被廣泛用于垂直磁記錄材料、磁性和磁光器件及微波器件[13]。在鐵氧體的制備方法中，溶膠凝膠過程是在溶液中進行的，反應能夠達到分子水平上的混合，該法制備的鐵氧體顆粒較細小、均勻。因此，本文用溶膠凝膠法制備球形的納米鐵氧體材料，并引入金屬鍶離子，探討鍶對其性能的影響。

1實驗部分

1.1試劑與儀器

硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鍶、檸檬酸等均為分析純。

ZETASIZER 3000HSA激光粒度儀(英國MALVERN公司)，DX-2000型X射線衍射儀，TEM-100SX型透射電子顯微鏡(日本JEOL)，振動樣品磁強計(VSM，美國Lakeshore公司)。

1.2鐵氧體粉體的制備

(1) 將0.01 mol硝酸鎳溶于14 ml乙醇，然后加熱至沸騰并持續(xù)5分鐘，再用冰浴冷卻，溶液呈翠綠色，稱為溶液1。然后將0.01 mol硝酸鐵、0.002 mol硝酸鋇和0.01 mol檸檬酸溶于二次水中，加熱，再用冰浴冷卻，溶液呈棕黃色，得到溶液2。均勻混合溶液1和溶液2，溶液變?yōu)楹稚?，加熱此混合溶液?0 ℃并持續(xù)8小時，再升溫至120 ℃使其蒸干成凝膠，干凝膠為黃褐色。最后將獲得的前軀體分成五份，分別在1 000 ℃馬弗爐中焙燒2 h, 2.5 h, 3 h, 3.5 h, 4 h，得到固體1, 2, 3, 4, 5，測試顆粒的粒徑。

(2) 再用上述方法制備一份前軀體，并分成5份，分別在300 ℃，600 ℃，900 ℃，1 100 ℃的馬弗爐中焙燒3 h，測試所得固體粉末的粒徑。

(3)在(1)所述步驟中將溶液2中再溶入0.002 mol硝酸鍶，在其余實驗步驟相同的情況下得前軀體，將獲得的前軀體在1 000 ℃馬弗爐中焙燒3 h得到固體粉末。

對以上樣品進行XRD, TEM等測試，并測試其室溫下的磁飽和強度。

2結果與討論

2.1粒徑分析

分別取少量實驗步驟(1)和(2)中所得的粉末超聲分散于二次水中，測試顆粒的粒徑大小，并對所得數據進行分析，作圖1。

從圖1a可以看出，隨著加熱時間的延長，粒徑呈現增大的趨勢，當加熱時間達到2.5 h后粒徑增大到100 nm以上。從圖1b可以看出，加熱溫度對粒徑也有較大的影響，隨著加熱溫度的升高，粒徑也呈現增大的趨勢；當溫度高于800 ℃時，粒子粒徑大于100 nm，且粒徑增大的趨勢更加明顯。這是由于固體反應生成的細小顆粒存在較大的表面能，有相互凝聚的趨勢。加熱溫度較低，產物形成速度較慢，晶核形成時間較長，結晶時間比較充分，生成的顆粒細小均勻[14]?？赏ㄟ^改變樣品的熱處理條件實現對鐵氧體粒子尺寸的可控合成。

圖1粒徑隨(a) 時間 (1 000 ℃) 和 (b) 溫度 ( 3 h) 的變化曲線圖

2.2XRD圖譜分析

含有鍶元素的鋇鎳鐵氧體磁性粒子(圖2b)與無鍶元素的鋇鎳鐵氧體磁性粒子(圖2a)的XRD圖譜中主要衍射峰相對應的d 值，與JCPDS(粉末衍射標準聯合會)數據庫卡片相比較，未加入Sr2+的鐵氧體為六角晶系結構，加入Sr2+的鐵氧體的結構發(fā)生了改變，成為雜相。

2.3TEM圖片分析

圖3分別為加入鍶和未加入鍶的鐵氧體的TEM圖，從圖可以看出，加Sr2+前后的鐵氧體都呈現較好的球形分布。且由圖可看出， 粒子的粒徑小于100 nm，且隨Sr2+的加入粒徑減小，這與粒徑分析的結果一致。

2.4磁性能分析

圖4a,4b分別為加入鍶元素前后的鐵氧體微粒的室溫磁滯回線。 由圖得知,本實驗中合成的鐵氧體納米微粒在室溫下都呈現鐵磁性。 圖4a所示樣品的飽和磁化強度為26 emu /g。圖4b為引入鍶元素的樣品的磁滯回線，它的飽和磁化強度為14 emu /g，明顯比未加入鍶元素的要小，這可能是由于納米微粒的小尺寸效應所致表面磁各向異性增大的結果。

圖4(a) FeNiBa0.2Ox和 (b) FeNiBa0.2Sr0.2Ox的磁滯回線(T =300 K)

3結論

用溶膠-凝膠法可以制備粒度較為均一，且具有優(yōu)良磁性能的FeNiBa0.2Ox粉末材料。當加熱溫度達到800 ℃，加熱時間少于2.5 h時，粒子粒徑小于100 nm；加入Sr元素使粒徑減小，晶體結構發(fā)生較大改變，磁飽和強度也隨之減小。

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Preparation of Nano-Size FeNiBa0.2OxMagnetic Material by Sol-Gel

YANG Yong-mei

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Huangshan University, Huangshan 245041, China)

Abstract:In this paper, the FeNiBa0.2Oxpowder with different composition was prepared by Sol-gel process. The crystal phase, microstructure and magnetic properties of sample were characterized by XRD, TEM, VSM, respectively. The results indicated that the ferrite powder with larger particle size was obtained by raising temperature and prolonging the reaction time. The saturation magnetization of the FeNiBa0.2Oxwas weakened with the addition of Sr2+, and all the particles appeared regular sphere no matter with or without Sr2+.

Key words:ferrite, Sol-gol, magnetic material, nanoparticle

文章編號：1007-4260(2015)02-0064-03

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

作者簡介：楊永梅，女，黑龍江五常人，碩士，黃山學院化學化工學院教師，研究方向為納米鐵氧體磁性材料。

基金項目：黃山學院科研基金(No.2007xkjq017)。

收稿日期：2014-09-26