铁氧体磁性材料的制备及研究进展

铁氧体磁性材料的制备及研究进展

【摘要】铁氧体磁性材料是一类非常重要的无机功能材料,其应用涉及到电子、信息、航天航空、生物医学等领域。综述了铁氧体磁性材料的研究进展及其应用,分析了铁氧体磁性材料的制备方法，展望了研究和开发铁氧体磁性材料的新性能和新技术的应用前景。

【关键词】铁氧体磁性材料；研究进展；制备

铁氧体是一种非金属磁性材料,又称磁性陶瓷。人类研究铁氧体是从20世纪30年代开始的,早期有日本、荷兰等国对铁氧体进行了系统的研究;在20世纪40年代开始有软磁铁氧体的商品问世;20世纪50年代是铁氧体蓬勃发展的时期。1952年磁铅石硬磁铁氧体研制成功;1956年又在此晶

有必要对

1.

1.1

(

参数[1]3～4个数量级

一起,

能转化为热能,从而增加吸收体的吸波能力。在应用方面,铁氧体吸波材料可分为结构型(整体烧结成一定形状的器件)和涂敷型(用铁氧体颗粒的涂层作为吸收剂使用),混合一定量的粘结剂后制成的吸收介质材料,有时为了提高吸波总体性能,将铁氧体吸波材料同金属型或有机型的材料混合使用。

1.2 信息存储铁氧体材料

磁记录是利用强磁性介质输入,记录,存储和输出信息的技术和装置。其磁记录用的磁性材料分为两类:磁记录介质,是作为记录和存储信息的材料,属于永磁材料。另一类是磁头材料,是作为输入和输出信息用的传感器材料,属于软磁材料。

1.2.1 磁记录介质

主要是磁带、硬磁盘、软磁盘、磁卡及磁鼓等,从构成上有磁粉涂布型磁材料和连续薄膜型磁材料两大类。目前,主要的磁记录材料有:γ-Fe2O3,钴改性γ- Fe2O3,CrO2和钡铁氧体磁粉。

1.2.2 磁头材料

磁头在磁记录技术中的作用是将输入信息存到磁记录介质中或将记存在磁记录介质中的信息输出来,起着转换器的作用。目前应用的磁头材料有:热压多晶铁氧体,单晶铁氧体和六角晶系铁氧体[2]。

1.3

在磁场作

,包括

10nm。磁

泛的应用并已用于癌症治疗

目前

器;

剂,

1.4

效应构La1-

, 3

由于自旋无序散射作用,材料的导电性质向半导体型转变,因此,随着Mn4+离子含量的变化,材料可以形成反铁磁耦合和铁磁耦合,如果是反铁磁耦合,材料呈高电阻态:如果是铁磁耦合,则材料呈低电阻态;如果在零磁场下,材料是反铁磁,则电阻处于极大,施加磁场后,由反铁磁态转变为铁磁态,则电阻由高电阻变为低电阻。磁电阻的变化率可达到很高,称之为庞磁电阻效应。目前庞磁阻材料分为:钙钛矿立方结构的[AA3′] B4O12锰氧化物,掺杂稀土钴氧化物REAxCoO3,焦绿石结构TiM2O7和尖晶石结构的FeCrO4。因其特殊的磁电阻产生机制,目前在该领域的研究尤为活跃。

2 铁氧体磁性材料的制备

经典的制备方法是陶瓷方法,需要很高的温度和很长的反应时间,而且伴随研磨,这就导致了杂质的产生。化学法制备在近几年引起了人们的广泛关注,化学合成法制得的材料颗粒尺寸、形状、组分可控,而且材料的性能可根据条件进行改善,发展较快的制备纳米结构铁氧体的方法有溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、前驱体热解法、水热法、自蔓延燃烧法、微乳法和模板法等。

2.1 溶胶-凝胶法

金属醇盐、溶剂、水以及催化剂组成均相溶液,由水解缩聚而形成均相溶胶,进一步陈化成为湿凝胶,经过蒸发得到干凝胶,烧结,得到致密的纳米颗粒材料。其磁性能与干凝胶的焙烧温度和铁氧体

磁纳米晶2+和Fe3+

得到球形

-胶-

2.2

化法制得

粒大小为,经酸化、

薄膜上,

在下,Cl-、SO4 2-、Na+

2.3 前驱体-热解法

前驱体-热解法是利用金属阳离子与阴离子在低温下发生化学反应形成稳定的化合物或络合物,或者在溶液中发生聚合反应形成稳定的金属聚合物,经过高温焙烧得到纳米氧化物。该法制得的颗粒纯度高、均匀性好、所需时间短、操作简单,可连续制备且通过改变操作条件可制得各种形态和性能的纳米微粉。近年来,采用单分子前驱体制备铁氧体纳米磁性材料越来越受到关注。Duan等[15]采用一种新的合成路线,先形成单分子前驱体双氢氧化物金属盐,然后在900℃灼烧,制得铁氧体纳米颗粒。Fu等[16]通过实验论证和条件筛选,发现丙烯酸盐聚合后热分解得到的纳米级铁氧体颗粒分散

性好、粒度分布均匀和工艺参数易控,并具有软化学特征,尤其可大量制备纳米级铁氧体。

2.4 水热法

桑商斌等[17]采用水热法制备了单相、无硬团聚的10～20nm锰锌铁氧体纳米晶。Yu等[18]将金属锌片和FeCl2作为起始反应物,通过水热法制备出ZnFe2O4超微粒子,粒径达到300nm,在80K和300K时饱和磁化强度分别达到61.2A·m 2/kg和54.6A·m 2/kg。通过水热法还能制备出Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米粒子、钴铁氧体纳米粒子以及六角片状钡铁氧体纳米颗粒。付绍云等[19]采用水热法合成软磁材料MnFe2O4纳米晶,并研究了形成机理以及反应条件(如温度)对磁性能的影响。近年来,微波水热

这些材料

2.5

2.6

～50nm

以1∶2

3

混合,SDS,形成CoCl2和FeCl2

O4和

2 CoCrFeO4纳米晶。微乳法还可制备纳米棒、纳米线和核壳结构等。Woo等在FeCl3的水溶液中加入含有油酸的苯醚溶液,搅拌,加入环氧丙烷(作为去质子剂),经多步处理后得到Fe2O3纳米棒。采用CTAB/水/环己烷/正戊醇组成的反胶束体系中,还可以得到其它铁氧体纳米棒,如钴铁氧体纳米棒。核壳结构的Mn-Fe2O4/SiO2复合磁性材料可以通过反胶束法制得;且用类似方法可得到核壳结构的MnFe2O4/聚苯乙烯纳米磁性复合材料。

2.7 模板法

Ji等[26]先将钴和铁盐按计量比溶解于柠檬酸和乙二醇中,140℃下酯化并形成溶胶,然后将多孔