稀土掺杂纳米 Ni-Zn 铁氧体的制备与性能研究 - 兰州理工大学硕士学位论文

稀土掺杂纳米 Ni-Zn 铁氧体的制备与性能研究 - 兰州理工大学硕士学位论文

学校代码：10731 学生密码：6 等级：公立 兰州理工大学 硕士学位论文 稀土掺杂纳米Ni-zn铁氧体的制备及性能研究

Nd3+离子掺杂Ni． Ｂ． 铁氧体及纳米复合材料的制备与研究汪泽欣Ｂ． Ｓ． （北方大学）２００９ 兰州理工大学理学院物质物理专业硕士学位论文 上级：戴建锋教授 ２０１３年４月

兰州理工大学学位论文原创性声明及授权声明 原创性声明 本人郑重声明：所提交的论文是本人在导师指导下独立取得的研究成果，除文中特别标注和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或团体公开发表或撰写的作品，对本文研究做出重要贡献的个人和团体均已在文中明确标注。本人完全清楚因此声明而产生的法律后果由本人承担。…轹互科日期：／／彩＇－年f／ 学位论文使用版权授权｝t 乇ＹＪ｝叼Ｅl 本学位论文作者充分了解学校关于学位论文留存及使用的规定，即：学校有权将学位论文复印件及电子版留存并向国家有关部门或机构发送，允许论文查阅、借阅。 本人授权兰州理工大学将本学位论文的全部或部分内容收录于有关数据库以供检索，并以影印、缩小打印或扫描等复印方式保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录于《中国学位论文全文数据库》并通过互联网向公众提供信息服务。作者签名 指导老师签名 日期：李顺 日期：年二月月/二月日日J/

硕士学位论文摘要目录……………………………………………………………………………………………………． Ｉ Ｉ Ｉ 第 1 章 引言……………………………………………………………………………………………………． １ 1.1 磁性材料与纳米材料的独特性…………………………………………………………………………． １ 1.1.1 铁氧体磁性材料的分类……………………………………………………………………． ２ 1.1.2 尖晶石铁氧体………………………………………………………………………………． ４ 1.1.3 纳米材料与纳米磁性材料……………………………………………………………………． ． ７ 1．2 的研究现状………………………………………………………………………… ９ 1．2．1 的应用及性能……………………………………………………………… ９ 1．2．2 的改性研究……………………………………………………………… ．． １ １．３ 制备方法及表征………………………………………………………………………… １ １１．３.1 稀土掺杂的制备方法………​​………………………………………………… １１ 1．3.2 二氧化硅复合材料的制备方法………​​…………………………………………… １３ 1．3.3 结构与性能表征…………………………………………………… １３ 1．4 主要研究内容与创新点…………………………………………………… １４ 1．4.1 选题意义…………………………………………………………………… １４ 1．4.2 研究内容………………………………………………………………………… １４ 第二章 溶胶-凝胶法制备 Nd3+ 掺杂纳米 Ni2O3 铁氧体的结构与性能研究………… １ ２．１ Nd3+ 掺杂纳米 Ni-Zn 铁氧体的制备方法及表征方法………​​……… １５ ２．１．1 Nd3+ 掺杂纳米 Ni-Zn 铁氧体的制备方法 ２．１．２ Nd3+掺杂纳米 Ni-Zn 铁氧体表征方法………​​……………………………… １７ ２．２ Nd3+掺杂纳米 Ni-Zn 铁氧体的结构、形貌及磁性能研究……………………… １７ ２．２．１ XRD 分析…………………………………………………………………………………………………… １７ ２．２．２ FT-IR 分析………………………………………………………………………………………… １７ ２０ ２．２．３ EDS 分析……………………………………………………………………………………………… ２０ ２．２．５ VSM 分析………………………………………………………………………………………… ２３ ２．３ 本章小结……………………………………………………………………………… ２４

稀土掺杂纳米Ni-Zn铁氧体及其复合材料的制备与性能研究第三章Nd3+掺杂Ni-Zn铁氧体/SiO2复合纳米粉体的制备与性能研究……… ... 3.1.1 Nd3+掺杂纳米 Ni-Zn 铁氧体/Si02 复合材料的制备方法………​​……………………………………………………………………… ３０ ３．2．3 TEM 分析……………………………………………………………………………………………………………… ３ ４．2．4 VSM 分析…………………………………………………………………………………………………… ３２ ３．3 本章小结……………………………………………………………………………………………… ３５ 结论……………………………………………………………………………………………………………… ３６ 致谢………………………………………………………………………………………………………… ３７ 参考文献………………………………………………………………………………………………………… ３８ 附录 A 学位研究期间发表的论文……………………………………………………………………… ４５ 二

硕士论文摘要 Ni.zn铁氧体是一种非常重要的软磁材料，纳米尺寸的Ni.zn铁氧体具有许多块体材料所不具备的独特性能，因此如何提高Ni.zn铁氧体的各项性能成为当前研究的热点。其中稀土掺杂改性、二氧化硅改性以及制备不同形貌的纳米Ni.zn铁氧体都是提升其性能的宝贵手段。本文第一章主要介绍了磁性材料的分类；铁氧体磁性材料的结构、磁性产生机理、应用及影响性能的因素；Ni.zn铁氧体纳米材料的结构与磁性产生机理；纳米Ni.zn铁氧体的研究进展、制备方法及常用的表征方法。第二章介绍了溶胶-凝胶法制备Nd3+掺杂Ni-Zn铁氧体。 研究了Nd3+掺杂Ni-Zn铁氧体的结构（XRD、FT-IR）、形貌（TEM）和磁性能（VSM）。结果表明，Nd3+掺杂Ni-Zn铁氧体具有规则的形貌，粒径分布为20.25nm。掺杂Ni-Zn铁氧体的饱和磁化强度明显提高，且随着掺杂含量的增加矫顽力逐渐减小。第3章重点研究了T-氧化硅-Nd3+掺杂Ni-Zn铁氧体复合纳米材料的制备方法和结构（XRD）、形貌（TEM）和磁性能（VSM）表征。结果表明，二氧化硅-Nd3+掺杂Ni-zn铁氧体复合纳米材料的粒径约为10.15nm。室温下，二氧化硅-Nd3+掺杂Ni-zn铁氧体复合纳米材料表现出顺磁性。 复合材料中Nd3+掺杂Ni-zn铁氧体的饱和磁化强度和矫顽力均有所提高。关键词：溶胶-凝胶法；Nd3+掺杂；Ni.Zn铁氧体；复合材料

稀土掺杂纳米NiOZn铁氧体及其复合材料的制备与性能 摘要 Ni-Zn铁氧体是磁性材料中非常重要的材料，可以作为生产纳米铁氧体的原料，因此如何提高Ni-Zn生产厂家的服务水平一直是人们关注的重点。区域管理价值是衡量改进产品的方法，包括制造使用相对容易使用的掺杂、建模和制备不同形貌。在本文的第一章中，主要涉及磁性材料的清晰度：sn。I】磁共振成像与纳米结构二氧化碳关系的研究，作者报道了磁共振成像与纳米结构二氧化碳的关系，以及磁共振成像与纳米结构二氧化碳的相关性。Ｓd３＋离子掺杂的纳米和纳米结构二氧化碳的含量分别为１．５％和２．５％。 本研究探讨了凝胶法对新型纳米结构碳泡沫性能的影响及其在纳米结构碳泡沫领域的应用。将凝胶法纳入了两个组成部分，包括形成机理、制备方法和临床应用（XRD、FT-IR）、机械工程（TEM）和磁性能（VSM）。结果表明，样品形貌规整，颗粒尺寸在20~25nm之间。掺杂后样品的饱和磁性明显提高。通过对Nd3+离子的掺杂控制，二氧化碳的值被解密。Nio.6ZnO。 本章主要介绍Ｓ０１．４Ｆｅ２－ｘＮｄｘＯｄＳｉ０２复合材料的制备方法（ＸＲＤ）、形貌（ＳＥＭ）和磁性能（ＶＳＭ）测试结果，结果表明：颗粒尺寸为 １０～１５ｎｍ，复合Ｓｉ０２后样品的饱和磁化强度和矫顽力有所提高。 凝胶法 Nd3+离子掺杂 Ni. 复合材料 II

第一章 引言 1.1 磁性材料与纳米材料的独特性 磁性材料最早的应用始于公元前一千多年前，中国人首先利用地球磁场中磁性物质的现象制成了司南，成为我国四大发明之一。自第一次工业革命以来，磁性材料在人类的生产生活中发挥了极其重要的作用。如今磁性材料在现代科技中应用十分广泛，如在信息磁存储领域：硬盘磁数据存储、磁卡数据存储、磁带数据存储、数据读取设备制造等；在电力及发电系统领域：发电机、电动机、变压器中磁芯的制造等。目前应用最为广泛的磁性材料主要分为两大类，即合金磁性材料和氧化物磁性材料。磁性材料按成分主要分为两大类，一类是合金磁性材料，主要是由Fe、Ni、Co、Mn等金属元素组成的磁性合金。 一般情况下，合金磁性材料具有较高的饱和磁化强度，但由于合金磁性材料通常具有较高的电子迁移率，合金磁性材料在高频或微波工作条件下涡流损耗较大，使得合金磁性材料难以应用于高频磁场或微波领域。另一类是铁氧体磁性材料，它是以氧化铁和稀土金属元素或其他铁族元素氧化物为主要成分的复合氧化物。由于铁氧体磁性材料具有较高的电阻率，因此在高频磁场或微波工作条件下涡流损耗较小，与合金磁性材料相比具有非常好的性能。通常，在高频磁场或微波工作条件下使用的铁氧体磁性材料都是软磁材料或旋磁材料，因此软磁材料是铁氧体磁性材料研究领域的一个研究热点。但由于大多数铁氧体只存在“金属离子-氧离子-金属离子”超交换，而没有“金属离子-金属离子”直接交换。因此，合金磁性材料比铁氧体磁性材料具有更高的饱和磁化强度。 这限制了铁氧体磁性材料的使用。因此，现在大多数研究人员致力于提高铁氧体的饱和磁化强度。纳米材料通常是指三维空间中至少有一维在1到100纳米之间的材料[1]。我们通常研究的纳米材料包括纳米线、纳米丝、纳米颗粒、纳米棒和纳米管。本文主要制备纳米颗粒。纳米材料由于尺寸较小，会出现一些明显的晶格膨胀和晶格畸变[2]。同时，纳米材料表面分子的比例高于宏观材料。

稀土掺杂纳米Ni-Zn铁氧体及其复合材料的制备及性能研究。稀土掺杂纳米Ni-Zn铁氧体的比例要大得多，导致纳米材料表面存在大量的悬挂键和自选择倾斜。一系列因素使纳米材料表现出许多块体材料所不具备的特殊效应，如小尺寸效应[3-1，表面效应'61，量子尺寸效应[7，81和宏观量子隧穿效应'91。这些小尺寸效应赋予纳米材料许多块体材料所不具备的特殊性能。所谓的纳米磁性材料是指纳米尺寸的纳米磁性材料。通常，纳米磁性材料会出现许多宏观块体材料难以出现的奇异效应，如超顺磁效应，磁性单畴以及不同纳米磁性材料复合而表现出各种奇异性能[11，151。这使得纳米磁性材料的研究成为当前材料研究领域的一个热点。 1.1.1铁氧体磁性材料的分类按使用范围或性能不同，铁氧体磁性材料可分为以下几类：软磁材料、硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料和压磁材料。这里主要介绍软磁材料和硬磁材料两大类。按晶体结构不同，铁氧体材料可分为：尖晶石型、石榴石型、磁铅石型和钙钛矿型。 （1）软铁氧体材料 软磁材料一般具有较低的矫顽力，较高的磁导率，易磁化，也易退磁。常见的软铁氧体材料几乎都是尖晶石型铁氧体，比较有代表性的有镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、铜锌铁氧体、镍铁氧体和锌铁氧体等。其中以镍锌铁氧体和锰锌铁氧体应用最为广泛。 软磁铁氧体由于具有较高的电阻率而具有良好的高频性能，使得其在高频器件制造中有着广泛的应用前景。但铁氧体磁性材料的饱和磁化强度远低于合金和金属软磁材料，因此如何在不影响其他优良性能的情况下提高铁氧体软磁材料的饱和磁化强度成为研究热点。高磁导率的软磁铁氧体材料在单畴状态下就能表现出超顺磁性，从而表现出极强的磁导率、极高的动态响应和磁化灵敏度。如图1.1所示，铁氧体软磁材料的磁滞回线通常呈S形。从图中可以看出，软磁材料通常剩磁、矫顽力、磁积能量都较小，也就是磁性材料比较容易被磁化或去磁。 通常铁氧体软磁材料的矫顽力小于103A/m，磁滞回线面积在4B、H数量级。

硕士论文 ２３Ｅ３茫∞Ｅo芝． 厂｜—／' －１５０∞ ． １００００ －５０∞ ０５∞０ １００∞ １５０００ 场（Ｇ） １．１ 典型软磁铁氧体的磁滞回线 (２) 硬磁铁氧体磁性材料 硬磁材料具有较高的矫顽力和较大的磁积能量，即磁化之后不易退磁，能较长时间保持其磁性，所以硬磁材料又称永磁材料。按照组成成分，硬磁材料也可分为合金磁性材料和铁氧体磁性材料两大类。合金硬磁材料主要包括铁铬钴合金和铝镍钴合金两大类。与合金和金属软磁材料一样，合金硬磁材料也具有较高的导电性，这限制了合金硬磁材料的应用。 铁氧体硬磁材料导电性低，成本低，因此也得到了广泛的应用。同时，纳米单畴硬磁材料比其多畴硬磁材料具有更高的磁积能量和更高的矫顽力。具有磁铅石结构的铁氧体是最常见的硬磁材料。经常使用的铁氧体硬磁材料有钡铁氧体、锶铁氧体、钴铁氧体、三氧化二铁等。其中钴铁氧体为尖晶石结构。图1.2是典型的硬磁（永磁）材料磁滞回线。可以看出，硬磁的磁滞回线所含的面积远大于软磁材料的磁滞回线所含的面积，即硬磁材料比软磁材料具有更大的磁积能量。同时，当外场为零时，硬磁材料表现出更高的磁性，约为∞∞∞。加加∞∞