论文部分内容阅读
本论文以廉价的硫酸盐及硝酸盐等为原料,以NaOH、Na2CO3和NH3·H2O为沉淀剂(反应剂),分别通过共沉淀法和水热法制备了尖晶石结构的CoxZn1-xFe2O4及CoFe2-xRexO4(Re=Dy3+、La3+)纳米晶。通过XRD、FTIR.SEM和VSM等测试手段,分别探究了溶液pH值、反应温度、反应时间、烧结温度、组分对比、柠檬酸三钠加入量和镧系掺杂等因素对CoxZn1-xFe2O4纳米晶的晶相结构、形貌和磁学性能的影响。获得如下研究结果：①以NaOH为沉淀剂,在溶液pH值为12,温度为80℃的条件下,通过共沉淀反应60min,可一步直接获得粒径在11-15nm之间的球形尖晶石结构CoxZn1-xFe2O4系列纳米晶。CoxZn1-xFe2O4纳米晶磁性随钴含量的增加而增强,逐渐从顺磁性转变为亚铁磁性。加入表面活性剂(CTAB及十二烷基磺酸钠)可在一定程度上改变样品的分散状况,但对样品晶相结构和粒径无明显影响。烧结过程可使样品粒径增大,并使样品的比饱和磁化强度、比剩余磁化强度、矫顽力都增大,烧结后样品的比饱和磁化强度接近块体材料水平。适量的Dy3+掺杂不会改变CoFe2O4(即CoFe2-xDyxO4)的晶相结构,但当掺杂达到一定量时(x≥0.07)会出现DyFeO3杂相。②以NH3·H2O共沉淀法制备CoxZn1-xFe2O4纳米晶需要烧结,制备的氢氧化物前驱体混合沉淀在750℃烧结3h后可得到平均粒径均在2040nm之间的球形尖晶石结构CoxZn1-xFe2O4纳米晶,且提高烧结温度能促进晶体生长。本方法制备的CoxZn1-xFe2O4纳米晶的比饱和磁化强度大于NaOH共沉淀法直接制备的样品,但小于NaOH共沉淀法制备的烧结样品。③在以NaOH作反应剂,水热法制备CoxZn1-xFe2O4系列纳米晶时,溶液适宜pH值为13。在溶液pH值为13的条件下,经160℃水热反应12h可制备平均粒径为11-17nm的球形尖晶石结构CoxZn1-xFe2O4纳米晶。制备的CoFeO4纳米晶显示为亚铁磁性,比饱和磁化强度为86.7emu/g,矫顽力为1010.7Oe,均强于共沉淀法制备的产品。相同条件下可制备出尖晶石结构CoDyxFe2-xO4及CoFe(2-x)LaxO4系列纳米晶,但当掺杂量过大(x≥0.07)时,会产生杂相。且La3+掺杂对CoFeO4纳米晶的影响强于Dy3+掺杂,对改善CoFeO4纳米晶磁性能更有益,其中CoFe1.98La0.02O4的比饱和磁化强度达到93emu/g。④在以NaOH作反应剂,溶液的pH值为13条件下,经水热法制备CoFe2O4纳米晶的过程中,柠檬酸三钠的加入可以有效抑制晶粒生长,并改善其分散性,但过量的柠檬酸三钠会对某些晶面生长产生抑制作用或刻蚀作用。在上述水热反应工艺中,反应时间和反应温度对CoFeO4纳米晶晶粒形貌和尺寸影响较小,柠檬酸三钠的用量是影响CoFe2O4纳米晶尺寸及分散性的关键因素。⑤以NH3·H2O作反应剂,溶液pH值等于10的条件下,可经水热反应制备粒径在10-14nm的球形尖晶石结构CoFe2O4纳米晶,反应时间对CoFe2O4纳米晶粒径和形貌影响有限,但提高反应温度可促使晶粒长大。⑥以Na2CO3作反应剂,在溶液pH值为9.5,反应温度为160℃的条件下也可经水热反应制备出尖晶石结构CoFe2O4纳米晶,产品粒径在11-13nm,形貌为球形；反应温度和反应时间对CoFe2O4纳米晶粒径和形貌影响也有限,但适当提高温度可改善晶粒分散性。