热处理温度和气氛对共沉淀法制备Ni-Zn铁氧体中阳离子分布的影响

摘要

铁氧体是重要的磁性氧化物,用于电子信息、自动化等领域。
　　 本文研究热处理温度和气氛对化学共沉淀法制备Ni0.15ZnxFe2.85-x4和NixFe3-xO4材料相结构和磁性的影响。发现在空气中进行热处理时,如果Fe含量大于2.2／分子,多出的Fe容易形成α-Fe2O3;在管式炉中通氩气进行热处理时,如果加热前排空气的时间不够长,热处理温度不够高,也会导致α-Fe2O3次相的形成。而在所有的样品中都没有发现与Ni和Zn有关的次相。说明与Ni2+和Zn2+离子相比,Fe2+离子进入尖晶石晶格需要较高的能量和缺氧环境。对于所制备的单相样品,采用Tang等人提出的估算尖晶石结构阳离子分布的量子力学方法估算了样品中的阳离子分布,拟合了在低温测得的样品的饱和磁化强度随Ni、Zn掺杂量的变化关系。
　　 我们应厢荷兰帕纳科公司X'pert Pro型X射线衍射仪(XRD)在室温下对材料进行晶体结构的研究,确定样品的相组成；应用美国Quantum Design公司生产的PPMS综合物性测量系统测量了样品的磁性。
　　 通过Rietveld精修数据计算了复合相样品Ni0.15ZnxFe2.85-xO4-8z／3／(α-Fe2O3)x:的相含量,并研究了尖晶石相中各阳离子含量对样品室温比饱和磁化强度的影响。相含量计算结果表明,在空气氛围不同温度热处理的样品中尖晶石相Fe离子含量存在一个临界值,约为2.2／分子,多余的Fe离子生成了α-Fe2O3。这与Fe2+有效离子半径和磁矩有很大关系。
　　 本文通过对样品的磁性测量发现,对于单相样品Ni0.15ZnxFe2.85-xO4(x=0.16,0.23,0.40,0.70和0.85),磁化强度随温度升高而下降,下降的速率随Zn离子掺杂量x的增加而增加,但对于样品x=0.16,0.23和0.40,磁化强度随温度下降较缓慢,直到380K,磁化强度最多下降到其最大值的86％；然而,样品x=0.85的磁化强度随温度升高下降十分迅速,到380K时,磁化强度已下降到其最大值的0.8％。
　　 对名义成分为NixFe3-xO4的样品,在氩气气氛中热处理前,排空气时间分别为20、30和40分钟,经1473K热处理后,样品中α-Fe2O3次相含量随排空气时间的延长而减少。同时,在相同煅烧温度下,样品中α-Fe2O3次相含量随Ni掺杂量增加而减少。经40分钟排空气,1573 K氩气气氛热处理后,系列样品NixFe3-xO4(x=0.00,0.08,0.15,0.25,0.35)全部形成单相尖晶石结构。
　　 最后,本文应用Tang等人提出的估算尖晶石铁氧体阳离子分布的量子力学方法对单相样品NixFe3-xO4和Ni0.15ZnxFe2.85-xO4阳离子分布进行了研究,发现通过理论拟合计算得到的磁矩与饱和磁化强度实验值符合得较好,从而对这两个系列尖晶石材料饱和磁矩随掺杂量变化具有不同规律给出了合理的解释。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 铁氧体研究简述

1.2 尖晶石结构铁氧体的传统磁性理论

1.2.1 尖晶石结构

1.2.2 尖晶石结构阳离子分布的传统理论

1.3 有关Ni、Zn铁氧体阳离子分布与磁矩的研究

1.4 本文选题思路

2 样品的制备与表征

2.1 尖晶石铁氧体粉体材料的主要制备方法

2.1.1 共沉淀法

2.1.2 溶胶-凝胶法

2.1.3 水热法

2.2 本文中样品制备过程

2.3 本文中样品的测试与表征

2.3.1 X射线衍射(XRD)分析

2.3.2 基本磁性测量

3 Ni0.15ZnxFe2.85-xO4铁氧体的制备、相结构和磁性研究

3.1 在空气气氛中制备样品

3.1.1 样品的制备

3.1.2 X射线衍射(XRD)分析

3.1.3 样品相含量计算

3.1.4 尖晶石相离子含量的计算

3.1.5 尖晶石相离子含量和晶胞体积变化的讨论

3.2 在氩气气氛中热处理温度对样品相结构的影响

3.3 热处理气氛和温度对样品磁性的影响

3.4 单相样品的基本磁性分析

3.5 空气氛围热处理的样品磁性

3.6 本章小结

4 样品NixFe3-xO4的相结构和磁性研究’

4.1 样品的制备

4.2 氩气中含有不同浓度少量空气对样品相含量的影响

4.2.1 X射线衍射谱

4.2.2 样品相含量计算

4.2.3 尖晶石相离子含量计算

4.3 热处理温度对NixF3-xO4系列样品相结构的影响

4.4 在共沉淀法制备尖晶石结构材料过程中,影响相结构的因素讨论

4.5 样品的基本磁性

4.6 本章小结

5 用量子力学方法估算样品的阳离子分布

5.1 估算尖晶石结构阳离子分布的量子力学方法

5.2 样品NixFe3-xO4中的阳离子分布研究

5.3 样品Ni0.15ZnxFe2.85-xO4中的阳离子分布研究

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

致谢

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