论文部分内容阅读
tb383四氧化三铁(Fe3O4)由于其反相尖晶石结构所具有的独特磁结构和高磁晶各向异性，使其展现出独特的磁学和电学性能。近年来，Fe3O4纳米材料在磁记录材料、磁流体、特殊催化剂原料、磁性颜料等方面的广泛应用，以及在生物技术领域和医学领域的广阔应用前景，引起了众多研究人员的关注。众所周知，纳米材料的性能在相当程度上取决于其结构和形貌，因此，控制Fe3O4纳米颗粒结构和形貌，进而达到对其磁性能的调控，成为当前材料科学研究的前沿和热点之一。目前制备的Fe3O4纳米颗粒大多为球形、线状、棒状和管状，多面体颗粒的报道主要集中在数百纳米的八面体颗粒。因此，探索制备具有新型结构的Fe3O4多面体颗粒，或在前人研究工作的基础上对已报道的Fe3O4纳米结构进行优化，探究其合成机理，探讨磁性能与其结构形貌之间的关系，具有重要的理论和实际意义。
本课题组报道过多种不同结构和形貌的α-Fe2O3纳米材料。在本文中，我们使用两种简单方法(包括水热法和还原法)，来合成几种具有多面体形貌的Fe3O4纳米颗粒，并对其合成机理和磁性能进行分析。详细内容如下如下：
(1)在水热合成α-Fe2O3十八面体和十二面体的基础上，以5％ H2+95% N2为还原介质，通过对还原条件的控制，制备了纯相Fe3O4十八面体和十二面体颗粒。分析结果显示，颗粒表面氟离子吸附层的存在是其形貌保持较好的重要原因。磁性能分析显示，与其它形貌的Fe3O4颗粒比较，合成的多面体Fe3O4颗粒具有较高的矫顽力，主要归因于吸附的氟离子层和多面体颗粒形貌。
(2)在H2PO4-的作用下，通过水热法合成了纯相的八面体Fe3O4纳米颗粒，颗粒大小为20-50 nm，并可在一定范围调控其颗粒尺寸。分析表明，随着H2PO4-浓度的增大，合成的Fe3O4纳米颗粒尺寸逐渐减小，均匀性逐渐变好，并对其生成机理进行了解释，八面体颗粒的形成是粒子的生长动力学和粒子的热动力学的共同作用。磁性能分析显示，本文合成的八面体Fe3O4纳米颗粒显示出了较好的磁性能。
(3)通过氧化上述的八面体Fe3O4纳米颗粒，制备了相应尺寸形貌的γ-Fe2O3纳米颗粒。最佳氧化条件为空气中300℃氧化0.5 h。合成的γ-Fe2O3纳米颗粒在高温下能保持稳定，研究表明，颗粒表面吸附的Na离子是阻止γ-Fe2O3在氧化过程中转化为α-Fe2O3的主要原因。磁性能分析显示合成的八面体γ-Fe2O3纳米颗粒的矫顽力和饱和磁化强度都远低于大块γ-Fe2O3。