尖晶石型铁氧体纳米晶的控制合成、结构和性能研究

摘要

尖晶石型铁氧体纳米材料以其优异的电、磁性能和巨大的应用潜力而备受重视。由于粒径大小、颗粒形貌、化学组成等因素对铁氧体的物化性能和应用有重要影响，因此对铁氧体纳米材料的粒径、形貌和化学组成进行调控合成，并深入研究其微观结构与性能之间的关联，具有重要的理论和实践意义。本文利用溶剂热法，主要探讨了四氧化三铁、铁酸锌、铁酸钡锌等几种典型的尖晶石型铁氧体纳米材料的调控合成。同时，研究了它们的粒径、形貌和化学组成等对磁性能和吸波性能的影响规律。对其它二元和三元尖晶石型铁氧体纳米材料的合成也进行了有益的探索性研究。 首先发展了一条简单和环境友好的合成Fe3O4纳米晶的溶剂热方法。利用该合成技术，成功制备出单分散的球形和圆饼形尖晶石结构的Fe3O4纳米晶。实现了将Fe3O4纳米晶的粒径在10-200nm范围内进行调控合成，并探讨了Fe3O4纳米晶核的形成机制。同时，探讨了Fe3O4纳米晶的粒径、形貌对磁性能和吸波性能的影响，得到了一些规律性的认识。 建立了一种制备铁氧体空心纳米球的新方法。利用“气泡”作为软模板，成功地合成了空心结构的尖晶石型二元铁酸锌纳米材料。通过改变反应参数，实现了对单分散铁酸锌纳米颗粒的粒径、形貌和化学组成的调控。对空心铁酸锌纳米球和片形铁酸锌纳米颗粒的磁性能、电磁性能和吸波性能进行了研究。结果表明，前者的饱和磁化强度、矫顽力以及吸波性能等性能均优于后者。 结合离子掺杂技术，对其它二元尖晶石铁氧体的合成进行了探索性研究。得到了包括铁酸钴、铁酸锰、铁酸镍、铁酸铜和铁酸镁等尖晶石型铁氧体纳米材料。形貌多为球形，粒径范围在10-250nm。同时，对该五种铁酸盐纳米粉体的磁性能和(或)吸波性能进行了研究。 利用溶剂热合成技术，成功将Ba2+掺杂进铁酸锌，合成出尖晶石型钡锌复合铁氧体纳米片。通过改变反应条件，实现了对钡锌铁氧体纳米颗粒的形貌、尺度等的调控。制备出棒形、球形等钡锌铁氧体纳米颗粒。粒径大小为8～120nm。研究了Ba2+掺杂对锌铁氧体纳米晶的电、磁性能影响规律。结果表明，少量Ba2+的掺杂能大幅增加锌复合铁氧体的饱和磁化强度。在此基础上，成功将其它二价阳离子掺杂进锌铁氧体，合成出包括锰锌、铜锌、镍锌、镁锌和钴锌等多种单分散的含锌尖晶石型复合铁氧体纳米材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1前言

1.2尖晶石型铁氧体材料的结构特性

1.3尖晶石型铁氧体材料的性能

1.3.1铁氧体材料的磁性能

1.3.2铁氧体材料的电磁性能

1.4新型铁氧体材料的应用

1.5尖晶石型铁氧体纳米材料的制备方法

1.5.1物理法

1.5.2生物法

1.5.3化学法

1.6本论文的选题意义与研究内容

第二章Fe3O4纳米晶的控制合成、结构和性能研究

2.1前言

2.2溶剂热法合成单分散超微粒子的机理及条件分析

2.2.1核晶作用、晶核形成与长大机理与条件分析

2.2.2团聚机理及其条件分析

2.3 Fe3O4纳米晶的控制合成及结构分析

2.3.1球形Fe3O4纳米晶的控制合成和结构表征

2.3.2圆饼形Fe3O4纳米晶的粒径控制合成及结构分析

2.3.3 Fe3O4晶核的形成和长大机理初探

2.4单分散Fe3O4纳米材料的磁性能

2.4.1实验部分

2.4.2结果与讨论

2.5单分散Fe3O4纳米粒子的电磁和吸波性能

2.5.1实验部分

2.5.2结果与讨论

2.6本章小结

第三章二元尖晶石型铁氧体纳米晶的控制合成、结构和性能研究

3.1前言

3.2铁酸锌纳米晶的控制合成、结构和性能研究

3.2.1铁酸锌空心球纳米晶的控制合成和结构表征

3.2.2铁酸锌纳米晶的控制合成及结构表征

3.2.3铁酸锌纳米晶的磁性能研究

3.2.4铁酸锌纳米晶的电磁性能和吸波效能

3.3铁酸钴纳米晶的控制合成、结构和性能研究

3.3.1铁酸钴纳米颗粒的控制合成及结构分析

3.3.2铁酸钴纳米材料的磁性能

3.3.3铁酸钴纳米材料的电磁性能和吸波性能

3.4几种典型二元铁氧体纳米晶的合成、结构和性能研究

3.4.1几种典型二元铁氧体纳米粒子的合成和结构分析

3.4.2几种二元铁氧体纳米材料的磁性能

3.5本章小结

第四章尖晶石型含锌复合铁氧体纳米晶的控制合成、结构和性能研究

4.1前言

4.2钡锌复合铁氧体纳米晶的控制合成、结构和性能研究

4.2.1控制合成和结构表征

4.2.2 Ba2+掺杂对锌铁氧体纳米晶的磁性能影响

4.2.3 Ba2+掺杂对锌铁氧体纳米晶的电磁性能和吸波效能影响

4.3几种典型含锌复合铁氧体纳米晶的控制合成、结构和性能

4.3.1几种典型含锌复合铁氧体纳米晶的控制合成和结构分析

4.3.2几种典型含锌复合铁氧体纳米晶的磁性能

4.4本章小结

第五章结论与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间主要的研究成果