離子替代M-型納米鋇鐵氧體材料結(jié)構(gòu)及磁性能的研究.pdf

1、六角晶系M-型鐵氧體(常見的有BaM、SrM及PbM)由于具有高的單軸磁晶各向異性及高的矯頑力和磁能積,而且價格便宜,穩(wěn)定性高等優(yōu)點,成為應用極其廣泛的永磁材料。但實際應用的永磁鐵氧體的磁性能與其各理論值相比,尚有很大差距,這促使人們努力研究各種方法提高永磁鐵氧體的磁性能。近幾年研究發(fā)現(xiàn),單純的通過改進鐵氧體的制備工藝條件,可以在一定程度上提高鐵氧體的各項磁性能,但與理論值相差還很大。所以人們開辟出一條新的路徑,即離子替代方法,來進一步

2、提高M-型鋇鐵氧體的磁性能。
　　 本論文首先系統(tǒng)地優(yōu)化了溶膠-凝膠法制備M-型納米鋇鐵氧體(BaFe12O19)的條件,大幅度提高了樣品的磁學性能。因為Fe3+／Ba2+摩爾比、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間、溶液pH值都會對磁學性能有很大影響,我們在不同的燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間、不同的溶液pH值條件下,制備了不同F(xiàn)e3+／Ba2+摩爾比的M-型納米鋇鐵氧體。結(jié)果發(fā)現(xiàn),Fe3+／Ba2+摩爾比等于12、溶液pH值等于7.0、900℃溫度下燒結(jié)

3、180min時,樣品磁性能最佳:飽和磁化強度Ms=62.555 emu／g,矯頑力He=5855.2 Oe(其他制備條件樣品磁性能:Ms:35-54.5 emu／g,Hc:5170-5500 Oe；磁性能理論值為:Ms=71 emu／g,Hc=6900 Oe)。
　　 然后,利用離子替代法合成了三個系列樣品,前兩個系列樣品是以稀土離子命名的,分別為釤系(Sm3+)和釓系(Gd3+),選擇Sm3+和Gd3+的目的是為了討論軌道-自

4、旋耦合對磁晶各向異性能及矯頑力的影響。Sm3+為輕稀土離子,軌道及自旋角動量量子數(shù)不為零,分別為L=5和S=5／2,且離子半徑不太小(最大替代量隨稀土離子半徑減小而減小)；Gd3+為重稀土離子,4f軌道半滿,故L=0,S=7／2,所以Gd3+本身的各向異性很小。釤系列樣品包括Sm3+-、Sm3+Zns2+-、Sm3+Co2+-及Sm3+Co2+Zn2+-四類替代樣品,其中,Zn2+是非磁性離子;Co2+是磁性離子,但磁矩比Fe3+小,通

5、過比較四類樣品的磁性能,可以確定Zn2+和Co2+在晶體中的優(yōu)先占位情況,因為它們占據(jù)不同的晶位,會對磁性產(chǎn)生不同的影響；釓系列包括Gd3+-、Gd3+Zn2+-、Gd3+Mn2+-、Gd3+Zn2+Mn2+-、Gd3+Co2+-和Gd3+Zn2+Co2+-六類摻雜樣品,Mn2+磁矩與Fe3+相同,同樣通過比較磁性能判斷Zn2+、Mn2+和Co2+的優(yōu)先占位情況,進而得到Ms和Hc變化的真正起因。實際上各離子占據(jù)哪個晶位可以利用穆斯堡爾

6、譜來探測,但此處沒有測量。另外,從磁性能的測試結(jié)果來看,釤系與釓系摻雜樣品的飽和磁化強度變化趨勢基本一致,飽和磁化強度只有在稀土離子單獨替代且低摻雜時略微增加,其他樣品的飽和磁化強度都隨摻雜量的增加逐漸降低,低摻雜時,降低較少,當摻雜量超過一定值時,樣品中出現(xiàn)雜質(zhì),且飽和磁化強度大幅度降低,說明溶膠-凝膠法只能部分替代M-型鋇鐵氧體中的Ba2+和Fe3+。最后,為了系統(tǒng)研究了稀土離子摻雜對Ms和Hc的影響,我們選了七種稀土離子La3+、