纳米铁氧体的磁性研究

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本论文选择了具有良好生物兼容性的铁氧体纳米材料作为研究对象,考察了FeZn铁氧体、NiZn铁氧体、CoZn铁氧体纳米颗粒的磁感应发热行为和在载液中的发热行为,重点考察了Zn掺杂对三种尖晶石铁氧体纳米材料的居里温度的调节,从而达到对其磁感应发热速率和饱和温度的控制。此外我们也对六角结构的铁氧体Ba2Co2-xCuxFe12O22和Ba2Co2-xZnxFe12O22的纳米材料的制备、结构以及磁性进行了初步的研究以探索发热效率更好的磁感应材料。主要工作如下: 1、采用化学共沉淀法制备了出了一系列不同成分的尖晶石铁氧体纳米材料,包括不同Zn含量的ZnxFe3-xO4、不同Zn含量的Ni1-xZnxFe2O4以及不同Zn含量的Co1-xZnXFe2O4。颗粒尺寸随Zn含量增加而下降,分布范围在23nm-6nm之间。成份测定和预期的一致。 2、结构分析发现随Zn含量增加,FeZn、CoZn、NiZn铁氧体纳米材料的晶格常数呈线性增加,其中FeZn铁氧体变化最大,NiZn铁氧体其次,CoZn铁氧体的晶格常数随Zn含量改变变化最小。 3、用振动样品磁强计(VSM)测量了磁滞回线,计算出了饱和磁化强度与矫顽力的大小。实验发现,随着Zn含量的增加,三种铁氧体的饱和磁化强度表现出先增加后减小的变化趋势,矫顽力则逐渐减小。对于NiZn铁氧体纳米材料,饱和磁化强度的变化趋势和体材料基本一致,而对于FeZn铁氧体和CoZn铁氧体纳米材料,饱和磁化强度的最大值在室温下位于Zn含量0.2附近,而体材料位于Zn含量0.5附近,和这两种铁氧体纳米材料在5K温度下测量的饱和磁化强度和Zn含量的关系一致。说明FeZn铁氧体和CoZn铁氧体纳米材料中超顺磁性对其室温饱和磁化强度有较大的影响。 4、Zn含量对三种铁氧体纳米颗粒的磁感应发热行为,发热速率与最终饱和发热温度有极大的影响,其趋势和Tc对Zn掺杂的依赖关系类似;三种铁氧体纳米颗粒的磁感应发热速率与所加交变磁场幅值大小的平方成正比关系,但是其最终饱和温度达到各自的Tc值,和磁场大小没有关系。这说明纳米颗粒所能达到的最终温度由自身的Tc来控制。 5、将三种尖晶石铁氧体(ZnxFe3-xO4、Ni1-xZnxFe2O4以及Co1-xZnxFe2O4)纳米颗粒放入载液中制备成磁性液体,考察了不同的浓度、不同的Zn掺杂以及不同的磁场对铁氧体磁性液体的发热速率以及最终所能达到的饱和温度的影响。和干燥的颗粒不同的是,磁性液体的磁感应发热速率和饱和温度取决于磁滞回线的面积和饱和磁化强度的大小。其发热速率同样和所加交变磁场幅值大小的平方成正比关系。 6、用溶胶凝胶的方法制备了六角铁氧体Ba2Co2-xCuxFe12O22和Ba2Co2-xZnxFe12O22,分析了它们的结构,随着稍大直径Zn离子的增加,Ba2Co2-xZnxFe12O22的晶格常数相应增加,而Cu含量的增加却对Ba2Co2-xCuxFe12O22的晶格常数影响不大。Ba2Co2-xCuxFe12O22的饱和磁化强度随Cu掺杂稍稍下降,但是Ba2Co2-xZnxFe12O22的饱和磁化强度却随着Zn掺杂迅速上升,这主要由于掺杂替代的位置不同所致。对样品Ba2Co2-xZnxFe12O22在室温下与在5K下的磁测量,并用基于局域磁矩模型的自旋波理论T3/2律来估算了居里温度Tc;Ba2Co-xZnXFe12O22的ZFC-FC曲线特征表明了低温下有可能呈现自旋玻璃态,随着样品中Zn含量的增加,ZFC峰值温度Tf在向更低的温度移动。
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