纳米结构镍锌铁氧体颗粒的制备和研究

摘要

近年来,纳米材料及其性质引起了人们极大的关注。纳米材料的研究在国内外都是材料学科研究中的前沿热门课题,这类低维度的功能材料由于表现出特殊性能在当前和今后有巨大的应用前景。纳米材料的磁感应发热特性由于在靶向肿瘤治疗有潜在应用,吸引了众多的兴趣。磁感应发热具有三个特点,自发热、自控温度以及有选择局部加热。对其发热特性的机制和来源的研究具有重要的科学意义和应用价值。 本文选择了具有良好的生物相容性和毒性较低的NixZn1-xFeO4为研究对象。研究了不同镍含量的镍锌铁氧体纳米颗粒的静态磁特性的变化以及交变磁场下的磁导率和磁损耗；深入研究了纳米颗粒的磁流体在高频交流磁场下的磁感应发热行为。并且探讨了镍锌铁氧体纳米颗粒低温磁性以及穆斯堡尔谱,分析了纳米颗粒的亚铁磁性和超顺磁性的混合磁性。其具体工作如下： 首先,我们应用沸腾回流法成功的合成了一系列不同镍含量以及不同粒径的镍锌铁铁氧体纳米颗粒。TEM表征表明颗粒为大小均匀的球形颗粒,不同粒径的纳米颗粒粒径分别为15、25、35、45、60纳米。XRD表征表明所有的样品均为尖晶石结构,纯度较高,均匀性好。磁性研究发现不同镍含量的饱和磁化强度随着镍含量的增加先增加后减小,当x=0.50时NiZn铁氧体纳米材料的饱和磁化强度达到最大,约为50 emu/g.这是由于非磁粒子的加入降低了交换作用所致,其饱和磁矩数值小于块材。而对于不同粒径的Ni0.5Zn0.5Fe2O4的饱和磁化强度则随着粒径的增加而增加。 其次,我们研究了铁氧体纳米颗粒制备的磁流体的高频磁感应发热。NiZn铁氧体纳米颗粒磁性液体在感应磁场中具有良好的升温效果。NixZn1-xFe2O4磁流体的升温速率和交变磁场的振幅平方成线性关系,这和理论公式相符。NixZn1-xFe2O4磁流体的升温速率和饱和温度还和磁性颗粒在载液中的浓度成正比。不同Ni含量的NixZn1-xFe2O4纳米颗粒磁性液体感应发热饱和温度与样品的磁导率有关,样品的磁导率越大磁流体的饱和温度越高。不同粒径Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米颗粒磁流体的饱和温度(和升温幅度)在粒径为单畴尺寸45nm达到最大。 最后,我们研究了镍锌铁氧体纳米颗粒的超顺磁性,将制备的铁氧体纳米颗粒做了穆斯堡尔谱,通过拟合,实验数据与拟合曲线符合很好。穆斯堡尔谱实验和拟合数据表明：纳米NiZn铁氧体室温的穆斯堡尔谱线都是两套分别代表四面体(A)位和八面体(B)位Fe离子的亚铁磁性六线谱基础上叠加了一个比较大的超顺磁双线谱,表明纳米NiZn铁氧体呈现亚铁磁性和超顺磁性的混合磁性。当Ni含量x=0.5时六线谱所占穆斯堡尔相对面积最大,而当Ni含量0.5>x和x>0.5时,随着x的值的改变,六线谱所占的穆斯堡尔相对面积越来越小。当Ni含量x<0.3,即Zn含量大于70％后,纳米NiZn铁氧体颗粒的谱线呈双线谱,表现出完全的超顺磁性,其规律与样品的室温磁滞回线随Ni含量的变化趋势相似。A位和B位的超精细场随着Ni含量的增加而增加,这是由于非磁离子Zn掺入所致。纳米NiZn铁氧体颗粒的居里温度Tc随着Ni含量的减少而减小,所有成份的纳米NiZn铁氧体颗粒的Tc数值大于室温,说明室温时不可能出现顺磁相。当Ni含量较小时,M-T曲线呈现单调递减的趋势,当磁化强度M趋于零,得到居里温度Tc,当Ni含量较大时,在M-T曲线上M较小处观察到一个台阶,由此可以得到两个相变点,这现象被认为是纳米颗粒中特有的现象,是和在亚铁磁性到顺磁性相变过程中的非稳定相引起。 在低温零场冷却和场冷却的M-T曲线上,我们得到了超顺磁冻结温度,超顺磁冻结温度随着Ni含量的增加而增加,但都小于室温。在低温M-T曲线上可以明显的观察到铁氧体纳米颗粒的Verway相变点随着Ni含量的增加几乎没有改变,相变点都约在T=116 K。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2磁各向异性

1.2.1磁晶各向异性

1.2.2形状各向异性

1.2.3.其他各向异性

1.3复数磁导率和磁损耗

1.3.1复数磁导率

1.3.2磁损耗

1.4纳米磁体的矫顽力和超顺磁性

1.5铁氧体

1.5.1立方尖晶石铁氧体的结构

1.5.2立方尖晶石铁氧体的磁性

1.5.3立方尖晶石铁氧体的磁各向异性

1.5.4铁氧体材料的其他特性

1.6本论文的工作

参考文献：

第二章基本实验方法及测试原理

2.1纳米材料制备方法

2.1.1高能球磨法

2.1.2化学共沉淀法

2.1.3溶胶-凝胶法

2.1.4水热法

2.1.5微乳液法

2.1.6沸腾回流法

2.2结构表征与物性测量

2.2.1 X射线衍射

2.2.2透射电子显微镜(TEM)

2.2.3扫描电子显微镜(SEM)

2.2.4振动样品磁强计(VSM)

2.2.5超导量干涉磁量仪(SQUID)

2.2.6穆斯堡尔效应和谱学

2.2.7 LCR阻抗测量仪

2.2.8高频磁感应发热仪

参考文献

第三章镍锌铁氧体纳米颗粒的制备与磁性研究

3.1引言

3.2镍锌铁氧体纳米颗粒的制备

3.2.1实验试剂与仪器

3.2.2实验过程

3.3镍锌铁氧体纳米颗粒的形貌和结构

3.3.1镍锌铁氧体纳米颗粒XRD测试

3.3.2镍锌铁氧体纳米颗粒的TEM测试

3.3.3镍锌铁氧体纳米颗粒的SEM测试

3.4镍锌铁氧体纳米颗粒的静态磁性测量

3.4.1不同成份镍锌铁氧体纳米颗粒

3.4.2不同粒径纳米颗粒的磁性测量

3.5镍锌铁氧体纳米颗粒的交流磁

3.5.1不同成份镍锌铁氧体纳米颗粒磁谱研究

3.5.2不同粒径镍锌铁氧体纳米颗粒磁谱研究

3.6纳米镍锌铁氧体磁性液体的磁感应加热研究

3.6.1磁性液体的制备和浓度对磁感应发热行为的影响

3.6.2磁场对磁性液体的磁感应发热行为的影响

3.6.3磁性液体中成份对磁感应发热行为的影响

3.6.4磁性液体中纳米颗粒粒径的影响：

3.7本章小结

参考文献

第四章镍锌铁氧体纳米颗粒的超顺磁性研究

4.1引言

4.2镍锌铁氧体纳米颗粒的Mǒaabaue研究

4.2.1镍锌铁氧体纳米颗粒的称量

4.2.2 α-Fe的标定

4.2.3镍锌铁氧体纳米颗粒的Mǒssbaue谱

4.3居里温度的测量

4.4低温下NiZN铁氧体的磁性

4.4.1低温磁滞回线测量

4.4.2 NiZn铁氧体低温M-T测量

4.5本章小结

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢