四氧化三铁基复合磁性纳米材料性能研究

发布时间：2017-06-22 04:04

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【摘要】：复合纳米磁性材料具有优异的磁性能,被应用于人们生活、生产的各个领域中,如高速电机、打印电机、光盘电机、自行车、汽车电机、玩具电机等,从而使得人们的工作效率、生活质量、能源消耗等各方面都有一定的改善。Fe304和CoFe2O4均属于尖晶石型铁氧体,它们作为一种传统的磁性材料,具有较好化学稳定性、介电损耗较小等优异性能。并且,这类材料与合金材料相比,制备成本较低以及耐腐蚀性较好。本文首先采用化学共沉淀法制备了单相CoFe2O4、单相Fe304及不同组分的硬／软CoFe2O4/Fe3O4复合相。利用X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、穆斯堡尔谱仪(MS)、振动样品磁强计(VSM)、热重分析仪(TGA)等分析手段分别表征了单相CoFe2O4、单相Fe304、复合相CoFe2O4/Fe3O4的相结构、相成分、形貌、磁性能及相稳定性。XRD和MS结果表明,CoFe2O4/Fe3O4复合物均由尖晶石结构的CoFe2O4和Fe304共同组成,并且没有其他杂质出现。SEM和TEM证实了CoFe2O4/Fe3O4复合物由近似球形的纳米小颗粒组成,平均颗粒大小约为20nm。VSM结果表明所有CoFe2O4/Fe3O4纳米复合材料的磁滞回线均呈现出类似单一铁磁相的磁滞回线,没有出现“蜂蜜腰”。此外,CoFe2O4/Fe3O4纳米复合材料的剩磁比(Mr/Ms)、矫顽力(HC)和最大磁能积(BH)max与单硬磁相(CoFe2O4)相比都有显著的提高。CoFe2O4/Fe3O4纳米复合材料磁性能增强的原因可能是由于复合材料中(Fe304)与硬磁相(CoFe2O4)之间的交换耦合作用引起。TGA表明CoFe2O4/Fe3O4纳米复合材料在高温环境下具有较强的相稳定性。本文还采用分步法制备了CoFe2O4/Fe3O4复合物,借助MS、VSM、TGA表征CoFe2O4/Fe3O4复合物的相结构、磁性能及相稳定性。MS结果表明,CoFe2O4/Fe3O4复合物由尖晶石结构的CoFe2O4和Fe304共同组成,没有出现其他杂质相。VSM结果表明CoFe2O4/Fe3O4复合物的磁性能位于软磁相(Fe304)与硬磁相(CoFe2O4)之间,与共沉淀方法合成的CoFe2O4/Fe3O4复合物比较后发现分步法制备的CoFe2O4/Fe3O4复合物磁性能较弱。磁性能减弱的原因可能是由于此方法使复合物中两相的晶粒界面之间的接触面减少,破坏了软磁相与硬磁相之间耦合作用导致的。此外,CoFe2O4/Fe3O4复合物在空气气氛中经过500℃退火后,样品的饱和磁化强度(MS)和矫顽力(HC)明显增强,这可能是由于退火增强了复合物中软磁相(Fe3O4)与硬磁相(CoFe2O4)之间的交换耦合作用。TGA证实了CoFe2O4/Fe3O4复合物在高温环境下相稳定性较好。
【关键词】：纳米复合物 铁氧体 穆斯堡尔谱 交换耦合作用 磁性能
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 复合磁性纳米材料应用前景12-14
• 1.3 复合磁性材料研究现状14-15
• 1.4 铁氧体磁性材料15-18
• 1.4.1 铁氧体结构15-16
• 1.4.2 铁氧体磁性来源16-18
• 1.5 复合磁性纳米材料理论基础18-21
• 1.6 本文研究意义和内容21-23
• 1.6.1 研究意义与内容21-22
• 1.6.2 本文创新点22-23
• 第二章 实验方法23-32
• 2.1 化学试剂与实验设备23-24
• 2.2 表征方法24-32
• 2.2.1 X射线衍射仪(XRD)24-25
• 2.2.2 穆斯堡尔谱仪(MS)25-28
• 2.2.3 超高分辨热场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)28-29
• 2.2.4 透射电子显微镜(TEM)29-30
• 2.2.5 电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)30
• 2.2.6 多功能振动样品磁强计(VSM)30-32
• 第三章 共沉淀法制备纳米复合材料CoFe_2O_4/Fe_3O_4及其性能研究32-51
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 实验试剂33
• 3.2.2 单相CoFe_2O_4/Fe_3O_4的制备33-34
• 3.2.3 CoFe_2O_4/Fe_3O_4复合物的制备34-35
• 3.2.4 样品表征35
• 3.3 结果与讨论35-49
• 3.3.1 相结构表征35-43
• 3.3.2 磁性能分析43-47
• 3.3.3 磁能积47-48
• 3.3.4 相稳定性分析48-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 分步法沉积制备纳米复合材料CoFe_2O_4/Fe_3O_4及其性能研究51-59
• 4.1 引言51-52
• 4.2 实验部分52
• 4.2.1 实验试剂52
• 4.2.2 制备CoFe_2O_4/Fe_3O_4复合物52
• 4.2.3 样品表征52
• 4.3 结果与讨论52-58
• 4.3.1 相结构表征52-54
• 4.3.2 磁性能分析54-55
• 4.3.3 退火对CoFe_2O_4/Fe_3O_4复合物磁性能影响55-57
• 4.3.4 相稳定性分析57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 论文总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文68

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本文编号：470651