微波法制备纳米复合氧化物的研究

发布时间：2019-11-23 21:55

【摘要】： 纳米复合氧化物具有优良的应用性能,因而成为一类受到极大关注的纳米功能材料,其应用前景取决于对纳米复合氧化物的制备、表征技术及性能开发的深入研究。 MgCr2O4、MgAl2O4和ZnGa2O4等是一类具有典型的尖晶石构型的纳米金属复合氧化物功能材料,其传统制备方法主要有沉淀法、溶胶凝胶法、水热法、微乳液法等。本论文利用新的方法——可控温微波法成功制备了具有尖晶石结构的系列金属复合氧化物MgCr2O4、MgAl2O4和ZnGa2O4等。即首先在微波合成仪中制得凝胶前驱体,然后将前驱体在马弗炉中煅烧得到纳米金属复合氧化物粉体,采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、荧光分光光度计、物性测量系统(PPMS-9)等测试手段对粉体产品的晶体结构、表面形貌、光学性能和磁学性能进行了表征。论文主要内容如下: (1)以硝酸镁、硝酸铬、丙烯酰胺和聚乙烯醇为原料制备了MgCr2O4纳米材料,研究了微波辐射功率、反应温度、煅烧温度和煅烧时间对产品的影响,并对其合成机理和聚乙烯醇调控颗粒尺寸的机理进行了探讨。探明了最佳反应条件为:金属离子与聚乙烯醇单体的摩尔比为1:3,金属离子M2+与丙烯酰胺的摩尔比为1:1,微波功率为600 W,反应温度为98℃,煅烧时间为2 h,尖晶石初始结晶成相温度约为550℃,700℃时可形成完美的尖晶石相,此时样品的粒径为33 nm,晶格参数为8.328 ?,与TEM测试结果相一致。 (2)采用类似方法成功合成了具有良好尖晶石结构的MgAl2O4和ZnGa2O4纳米粉体,并对以聚乙烯醇和丙烯酰胺为络合试剂、微波法合成尖晶石结构氧化物进行了可行性分析。 (3)以硝酸钴为Co2+源制备了MgCr2O4:Co2+纳米材料,发现少量Co2+的掺杂没有改变MgCr2O4的晶体结构及晶格参数,且掺杂后Co2+完全进入MgCr2O4的晶格中。MgCr2O4:Co2+的激发-发射光谱显示,Co2+取代的是MgCr2O4晶体中四面体位上Mg2+的位置。加入Co2+的摩尔分数为3%时,产品的发光强度最强。 (4)发现微波法制备的MgFexCr2-xO4(x = 0.2、0.4、0.6、0.8)纳米粉体不是MgCr2O4和MgFe2O4的简单混合物,而是一种新型的固溶体材料,粉体的晶格常数与掺杂浓度之间存在比较好的线性关系,符合维加定律。随着Fe掺杂量x的增加,晶粒尺寸减小,晶格常数增大。磁性能表征结果显示:MgFexCr2-xO4纳米颗粒呈现反铁磁性,MgFe0.6Cr1.4O4反铁磁相转变点—即奈耳温度(TN)为20 K,而MgCr2O4的奈耳温度(TN)为13 K。
【图文】：

SEM图,丙烯酰胺,粉体,聚乙烯醇水溶液

（b）加入丙烯酰胺后图 2.3 加入丙烯酰胺前后的 MgCr2O4粉体的 SEM 图射功率对反应产物的影响乙烯醇在 95~99 ℃左右具有较好的水溶性，聚乙烯醇不离子充分混溶，可达到最好的反应状态。且在 95~99 ℃汽压，水溶液不会剧烈沸腾，聚乙烯醇水溶液经微波加度设定在 95~99 ℃左右，留有升至 100 ℃的温升空间，因此经考察后，，将最佳反应温度确定为 98 ℃。(c)(b)nIetnstyia/u..

红外光谱图,铬酸镁,红外光谱图,粉末

图 2.6 600°C 煅烧 2 h 的铬酸镁粉末红外光谱图TEM 表征分析，微波法制备MgCr2O4纳米粉体时要分两步完成。第即形成前驱体凝胶的过程，第二步为马弗炉中的煅物与气体。两步均可对粉体的团聚产生重要影响，对粉体团聚的影响主要是金属离子与聚乙烯醇和丙过程中也易因为水分的脱除形成硬团聚。为进一步和团聚情况，利用日本JEM-2000FXⅡ型透射电子显行了TEM分析，如图2.7。从TEM图可以看出该纳米颗结晶，分布均匀，致密性好，晶体分散较好，颗粒有出现严重的硬团聚，说明微波反应进行的较完全网络结构中，聚合物有机长链形成的空间位阻能够相互碰撞而团聚，煅烧时聚乙烯醇和丙烯酰胺热分抑制了粉体的硬团聚。说明在微波法制备MgCr2O4时
【学位授予单位】：山东轻工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB383.1

【参考文献】