纳米铁氧体磁性材料的制备

材料科学前沿

题目：纳米铁氧体磁性材料

学院：理学院

班级： Y130802

*名：***

学号： S********

摘要：铁氧体纳米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。综述了纳米结构铁氧体磁性材料化学制备方法的研究进展，以及它们的应用，分析了其存在的问题，展望了研究和开发纳米结构铁氧体磁性材料的新性能和新技术的应用前景。

关键词：纳米磁性材料；铁氧体；制备；应用

铁氧体是从20世纪40年代迅速发展起来的一种新型的非金属磁性材料。与金属磁性材料相比，铁氧体具有电阻率大、介电性能高、在高频时具有较高的磁导率等优点。随着科学技术的发展，铁氧体不仅在通讯广播、自动控制、计算技术和仪器仪表等电子工业部门应用日益广泛，已经成为不可缺少的组成部分，而且在宇宙航行、卫星通讯、信息显示和污染处理等方面，也开辟了广阔的应用空间。在生产工艺上，铁氧体类似于一般的陶瓷工艺，操作方便易于控制，不像金属磁性材料那样要轧成薄片或制成细粉介质才能应用。由于铁氧体性能好、成本低、工艺简单、又能节约大量贵金属，已成为高频弱电领域中很有发展前途的一种非金属磁性材料

l铁氧体的晶体结构

铁氧体作为一种具有铁磁性的金属氧化物，是由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物。实用化的铁氧体主要有以下几种晶体类刑1．1尖晶石型铁氧体

尖晶石型铁氧体的化学分子式为MnFe

04或M0Fe203，M是指离子半径与

2

二价铁离子相近的二价金属离子(Mn2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Co2+等)或平均

Fe0.53)。以Mn2+替代Fe2+所合成的复合化学价为二价的多种金属离子组(如Li

0.5

04称为锰铁氧体，以Zn2+替代Fe2+所合成的复合氧化物ZnFe204称氧化物MnFe

2

为锌铁氧体。通过控制替代金属，可以达到控制材料磁特性的目的。由一种金属离子替代而成的铁氧体称为单组分铁氧体。由两种或两种以上的金属离子替代可以合成出双组分铁氧体和多组分铁氧体。锰锌铁氧体(Mn—ZnFe2O4)和镍锌铁氧体(Ni—ZnFe204)就是双组分铁氧体，而锰镁锌铁氧体

(Mn—Mg—ZnFe2O4)则是多组分铁氧体。

1．2磁铅石型铁氧体

Mn3.5Al o.5Ti0.5)019有类似晶磁铅石型铁氧体是与天然矿物——磁铅石Pb(Fe

7.5

019或Bao·6Fe203，M为二价体结构的铁氧体，属于六角晶系，分子式为MFe

l2

金属离子Ba2+、Sr2+、Pb2+等。通过控制替代金属，也可以获得性能改善的多组分铁氧体。

1．3石榴石型铁氧体

石榴石型铁氧体是指一种与天然石榴石(Fe，Mg)

A12(Si04)3有类似晶体结

3

Fe5012或3Me203·5Fe203，M表示三价构的铁氧体，属于立方晶系，分子式为R

3

稀土金属离子Y3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tu3+、Y3+b或Lu3+等。如果其他金属离子M3+或(M2++M4+)置换部分Fe3+，就组成了石榴石型复合铁氧体。

1．4钙钛矿型铁氧体

钙钛矿型铁氧体是指一种与钙钛矿(CaTiO

)有类似晶体结构的铁氧体，

3

，M表示三价稀土金属离子。其他金属离子M3+或(M2++M4+)也分子式为RFe0

3

可以置换部分Fe3+，组成复合钙钛矿型铁氧体。

2 纳米尖晶石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的含量有关。Hutlova 等[1]采用改进的溶胶-凝胶法。得到高矫顽力的SiO 2包裹CoFe 204的纳米颗粒。有文献报道了溶胶-凝胶法可制得SiO 2包裹的y-Fe 203纳米颗粒，并详细地研究了反应组分、温度等对产物的磁性能影响。通过W ／O 微乳法形成纳米胶束限制大小，可制得分散于微米抗磁基体中超顺磁纳米晶；改变基体材料后，采用类似的方法制得Fe 203／A1203复合材料。Gao 等[2]将含有Fe 2+和Fe 3+的水溶液逐滴加入到含有CTAB 的甲苯溶液中，搅拌4 h 后加入NH 3·H 20，再加入硅酸乙酯，得到球形纳米磁性材料均匀分散在SiO 2基体中的纳米磁性复合材料。

用以柠檬酸为络合物的络合物型溶胶一凝胶法在相对低的温度制备了单一的z 型铁氧体，并表现出良好的磁性能。Xiong 等[3]采用硬脂酸溶胶．凝胶法制备了CoCrFe04和Ba 4Co 2Fe 36060纳米晶，并研究了他们的磁性能。

2．2化学共沉淀法

化学共沉淀法是制备铁氧体的一种常见的方法。Ryu 等[4]通过化学共沉淀法制得Co 1-x Ni x Fe 204纳米颗粒，发现热处理温度在400—600 o C ，矫顽力随温度的升高而增加，当磁性纳米颗粒大小为20-30 nm ，其矫顽力可达1 450—1 800Oe 。采用该法制得的纳米颗粒，用油酸包裹，经酸化、洗涤和分离，得到不同直径纳米颗粒。然后重新分散、沉积，用尼龙薄膜过滤扩散到