杨 永 梅

(黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山 245041)



溶胶-凝胶法制备纳米FeNiBa0.2Ox磁性材料

杨 永 梅

(黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山 245041)

摘要：用溶胶-凝胶法制备不同组成的铁氧体粉末，利用XRD，TEM，VSM等分析测试手段对获得的铁氧体粒子的形貌、晶体结构、磁饱和强度进行表征。实验结果表明：延长加热的时间和提高热处理的温度使样品的粒径增大，铁氧体粒子无论锶元素加入与否都呈现较好的球形分布，引入锶元素使晶体的结构发生了较大改变、磁饱和强度也随之减小。

关键词：铁氧体；溶胶凝胶；磁性材料；纳米颗粒

磁性材料是一种重要的电子材料，以其便捷的富集、回收特性而受到广泛的关注，在水处理、载酶工程、生物医药、负载型催化剂等领域也得到了广泛的应用。铁氧体是一类新型磁性材料，在电磁场作用下具有磁损耗和介电损耗两种功能，是一种优良的磁性和吸波材料[9-12]。而铁氧体材料中，锶铁氧体由于具有较大的磁晶各向异性场、高的饱和磁化强度、高的矫顽力和良好的化学稳定性，被广泛用于垂直磁记录材料、磁性和磁光器件及微波器件[13]。在铁氧体的制备方法中，溶胶凝胶过程是在溶液中进行的，反应能够达到分子水平上的混合，该法制备的铁氧体颗粒较细小、均匀。因此，本文用溶胶凝胶法制备球形的纳米铁氧体材料，并引入金属锶离子，探讨锶对其性能的影响。

1实验部分

1.1试剂与仪器

硝酸钡、硝酸铁、硝酸镍、硝酸锶、柠檬酸等均为分析纯。

ZETASIZER 3000HSA激光粒度仪(英国MALVERN公司)，DX-2000型X射线衍射仪，TEM-100SX型透射电子显微镜(日本JEOL)，振动样品磁强计(VSM，美国Lakeshore公司)。

1.2铁氧体粉体的制备

(1) 将0.01 mol硝酸镍溶于14 ml乙醇，然后加热至沸腾并持续5分钟，再用冰浴冷却，溶液呈翠绿色，称为溶液1。然后将0.01 mol硝酸铁、0.002 mol硝酸钡和0.01 mol柠檬酸溶于二次水中，加热，再用冰浴冷却，溶液呈棕黄色，得到溶液2。均匀混合溶液1和溶液2，溶液变为褐色，加热此混合溶液到60 ℃并持续8小时，再升温至120 ℃使其蒸干成凝胶，干凝胶为黄褐色。最后将获得的前躯体分成五份，分别在1 000 ℃马弗炉中焙烧2 h, 2.5 h, 3 h, 3.5 h, 4 h，得到固体1, 2, 3, 4, 5，测试颗粒的粒径。

(2) 再用上述方法制备一份前躯体，并分成5份，分别在300 ℃，600 ℃，900 ℃，1 100 ℃的马弗炉中焙烧3 h，测试所得固体粉末的粒径。

(3)在(1)所述步骤中将溶液2中再溶入0.002 mol硝酸锶，在其余实验步骤相同的情况下得前躯体，将获得的前躯体在1 000 ℃马弗炉中焙烧3 h得到固体粉末。

对以上样品进行XRD, TEM等测试，并测试其室温下的磁饱和强度。

2结果与讨论

2.1粒径分析

分别取少量实验步骤(1)和(2)中所得的粉末超声分散于二次水中，测试颗粒的粒径大小，并对所得数据进行分析，作图1。

从图1a可以看出，随着加热时间的延长，粒径呈现增大的趋势，当加热时间达到2.5 h后粒径增大到100 nm以上。从图1b可以看出，加热温度对粒径也有较大的影响，随着加热温度的升高，粒径也呈现增大的趋势；当温度高于800 ℃时，粒子粒径大于100 nm，且粒径增大的趋势更加明显。这是由于固体反应生成的细小颗粒存在较大的表面能，有相互凝聚的趋势。加热温度较低，产物形成速度较慢，晶核形成时间较长，结晶时间比较充分，生成的颗粒细小均匀[14]。可通过改变样品的热处理条件实现对铁氧体粒子尺寸的可控合成。

图1粒径随(a) 时间 (1 000 ℃) 和 (b) 温度 ( 3 h) 的变化曲线图

2.2XRD图谱分析

含有锶元素的钡镍铁氧体磁性粒子(图2b)与无锶元素的钡镍铁氧体磁性粒子(图2a)的XRD图谱中主要衍射峰相对应的d 值，与JCPDS(粉末衍射标准联合会)数据库卡片相比较，未加入Sr2+的铁氧体为六角晶系结构，加入Sr2+的铁氧体的结构发生了改变，成为杂相。

2.3TEM图片分析

图3分别为加入锶和未加入锶的铁氧体的TEM图，从图可以看出，加Sr2+前后的铁氧体都呈现较好的球形分布。且由图可看出， 粒子的粒径小于100 nm，且随Sr2+的加入粒径减小，这与粒径分析的结果一致。

2.4磁性能分析

图4a,4b分别为加入锶元素前后的铁氧体微粒的室温磁滞回线。 由图得知,本实验中合成的铁氧体纳米微粒在室温下都呈现铁磁性。 图4a所示样品的饱和磁化强度为26 emu /g。图4b为引入锶元素的样品的磁滞回线，它的饱和磁化强度为14 emu /g，明显比未加入锶元素的要小，这可能是由于纳米微粒的小尺寸效应所致表面磁各向异性增大的结果。

图4(a) FeNiBa0.2Ox和 (b) FeNiBa0.2Sr0.2Ox的磁滞回线(T =300 K)

3结论

用溶胶-凝胶法可以制备粒度较为均一，且具有优良磁性能的FeNiBa0.2Ox粉末材料。当加热温度达到800 ℃，加热时间少于2.5 h时，粒子粒径小于100 nm；加入Sr元素使粒径减小，晶体结构发生较大改变，磁饱和强度也随之减小。

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Preparation of Nano-Size FeNiBa0.2OxMagnetic Material by Sol-Gel

YANG Yong-mei

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Huangshan University, Huangshan 245041, China)

Abstract:In this paper, the FeNiBa0.2Oxpowder with different composition was prepared by Sol-gel process. The crystal phase, microstructure and magnetic properties of sample were characterized by XRD, TEM, VSM, respectively. The results indicated that the ferrite powder with larger particle size was obtained by raising temperature and prolonging the reaction time. The saturation magnetization of the FeNiBa0.2Oxwas weakened with the addition of Sr2+, and all the particles appeared regular sphere no matter with or without Sr2+.

Key words:ferrite, Sol-gol, magnetic material, nanoparticle

文章编号：1007-4260(2015)02-0064-03

中图分类号：TP391

文献标识码：A

作者简介：杨永梅，女，黑龙江五常人，硕士，黄山学院化学化工学院教师，研究方向为纳米铁氧体磁性材料。

基金项目：黄山学院科研基金(No.2007xkjq017)。

收稿日期：2014-09-26