尖晶石型锌铁氧体的水热法制备及其磁性能研究

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理论上,锌铁氧体(ZnFe2O4)是独特的正尖晶石结构,对外不显磁性。实验表明,可以通过离子替代的方法改变尖晶石铁氧体的离子占位,从而达到调制其磁性能的目的。因此,对零磁矩的锌铁氧体进行离子替代,研究其离子占位与磁性能的关系,具有重要的学术价值。本文主要采用了水热法制备单相锌铁氧体,探索其最佳的制备条件,与氧化物法制备的锌铁氧体作对比研究,解释了水热法制备的锌铁氧体磁性的来源;并采用了Cr3+和Co2+离子分别替代B位上的Fe3+以及A位上的Zn2+,制备出离子替代的锌铁氧体。论文对样品的结构和磁性能等进行了系统的研究,得到了以下结果:对水热法制备单相锌铁氧体的研究表明,制备出单相锌铁氧体的最佳制备条件为Zn/Fe原子摩尔比为1:2,水热反应的条件为200℃×6h。样品的晶粒形貌呈类椭圆状,且晶粒尺寸大小在7nm左右。实验发现,在外场为1600 k A/m时,其磁化强度M1600的最大值可达21.10emu/g,对比氧化物法所制备的样品表明,水热法所得样品的磁性来源于水热实验过程中Zn离子的损失造成的Fe离子占位不同。对Cr3+替代的ZnFe2-xCrxO4锌铁氧体,研究表明Cr3+可以成功替代B位上的Fe3+,且替代后的样品仍然呈单相尖晶石结构。随着Cr3+替代比例的增加,样品的晶粒尺寸会逐渐变小。实验发现,Cr3+替代比例的增加会导致样品的磁化强度M1600增大。为进一步研究替代离子对磁性能的调制作用,采用Co2+替代A位上部分Zn2+,实验制备了典型的单相Zn1-xCoxFe1.9Cr0.1O4铁氧体。研究表明,对比Cr3+替代的ZnFe2-xCrxO4,Cr3+-Co2+联合替代的样品其饱和磁化强度(Ms)有着明显的增加,最大值从16.36emu/g增加到45.87emu/g;且Ms随着Co2+替代比例的增加而增大。
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