鋇鐵氧體空心微球的制備與性能研究.pdf

1、近年來(lái)，磁性空心球由于其磁性能和中空結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，微波吸收，尤其是在靶向給藥，細(xì)胞標(biāo)記，磁分離等領(lǐng)域引起了人們極大的興趣，其有望在醫(yī)藥材料科學(xué)和印染工業(yè)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。鐵氧體空心微球是一種特殊的新型材料，由于其具有特殊的空心結(jié)構(gòu)而致使其具有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，有望發(fā)展成新一代的高效微波吸收劑。目前，磁性微球的主要制備方法是在膠體模板表面連續(xù)吸附磁性納微粒子(如，逐層組裝法)，然后溶解或高溫除去模板。這種方法

2、的最大優(yōu)點(diǎn)是能?chē)?yán)格控制空心粒子的合成，但其卻有連續(xù)沉淀和多步凈化提純費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn). 本文采用無(wú)核成球法，滾動(dòng)成球法，模板法等技術(shù)來(lái)制備鐵氧體空心微球，然后用熱處理方法對(duì)其進(jìn)行空心化處理和晶形轉(zhuǎn)變處理。利用綜合熱分析儀、X射線衍射儀和掃描電鏡對(duì)在熱處理前后的核殼復(fù)合粒子進(jìn)行了分析表征，并利用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)試了經(jīng)熱處理后樣品的靜磁特性。 滾動(dòng)成球法，采用不同類型的粘結(jié)劑，在噴霧過(guò)程中對(duì)兩種前驅(qū)體粉不斷的滾動(dòng)成球，按一定的升溫

3、曲線進(jìn)行熱處理后制得M型鋇鐵氧體。結(jié)果表明:以水結(jié)合的樣品在熱處理后只有少量微球生成，成球率較低，且用熱處理過(guò)的前驅(qū)體噴霧滾動(dòng)所得樣品經(jīng)熱處理后，結(jié)晶度要好于用未經(jīng)熱處理的前驅(qū)體所得樣品，其磁滯回線和普通鐵氧體粉末的磁滯回線區(qū)別不大。 以聚乙烯醇溶液為結(jié)合劑，用未經(jīng)熱處理的前驅(qū)體所得樣品中，所成微球大多為類球形，且粒徑分布不均勻。 采用檸檬酸為粘結(jié)劑，用熱處理過(guò)的前驅(qū)體噴霧滾動(dòng)成球得到的樣品，粒徑分布在5-20μm之間。

4、當(dāng)粘結(jié)劑中檸檬酸濃度為25％時(shí)，微球表面看不到明顯的結(jié)晶完好的晶粒，也看不到疏松態(tài)的組織結(jié)構(gòu)，當(dāng)檸檬酸濃度為33％時(shí)則可以明顯的看到表面的疏松結(jié)構(gòu)和結(jié)晶完好的晶粒。 有機(jī)物含量越高，結(jié)構(gòu)越疏松，晶粒結(jié)構(gòu)越完整，采用檸檬酸粘結(jié)劑的效果較PVA的好。 熱處理后樣品的密度比實(shí)心M型鐵氧體密度5.28g/cm3降低了很多，最低的在3.12g/cm3左右，隨著粘結(jié)劑有機(jī)含量的提高樣品密度逐漸減小，采用檸檬酸溶液做粘結(jié)劑所得微球的密

5、度要比采用聚乙烯醇所得樣品的小。在相同的粘結(jié)劑條件下采用熱處理過(guò)的前驅(qū)體的樣品與采用未經(jīng)熱處理的前驅(qū)體的樣品相比密度要大，矯頑力和飽和磁化強(qiáng)度都要高。而且不論采用何種前驅(qū)物，當(dāng)采用檸檬酸做粘結(jié)劑時(shí)比采用聚乙烯醇做粘結(jié)劑時(shí)所得樣品的飽和磁化強(qiáng)度要大，而矯頑力則略有降低。 無(wú)核成球法用聚乙烯醇溶液為粘結(jié)劑，和鐵氧體前驅(qū)粉共混干燥后細(xì)磨，篩分熱處理后獲得M型鋇鐵氧體空心微球。結(jié)果表明:平均粒徑在5μm左右，表面粗糙，微球呈類球形。樣品

6、中，除空心球外還伴隨有一定量的六方板狀結(jié)晶度良好的鐵氧體晶體，和少量的a-Fe2O3晶相，隨有機(jī)含量的提高，微球的結(jié)構(gòu)越疏松。樣品的飽和磁化強(qiáng)度Ms為37.26eum/g，矯頑力Hc為1478.23Oe。相對(duì)用水做結(jié)合劑的的樣品，其磁化強(qiáng)度有較大的降低，而矯頑力則降低較少。 模板熱粘附法采用PS微球，PMMA微球，PMMA-VID及SiO2微球?yàn)槟０?，以微球和前?qū)體間的原子間結(jié)合力及加熱后物理粘附的方法制得核殼粒子，再在不同溫度

7、下熱處理除去模板并使前驅(qū)體晶化。結(jié)果表明:采用PS微球?yàn)槟０?，物理粘附的方法沒(méi)有生成核殼粒子，而以PMMA微球及SiO2微球?yàn)槟０宓脑跓崽幚砗缶闪髓F氧體空心微球，XRD圖譜分析知生成了M型鋇鐵氧體，并伴隨有一定量的無(wú)定形物質(zhì)和a-Fe2O3晶相。以PMMA微球?yàn)槟０宓玫降臉悠菲滹柡痛呕瘡?qiáng)度和矯頑力都比較小，其中飽和磁化強(qiáng)度Ms為2.326，Hc為320.53Oe。以SiO2微球?yàn)槟０宓玫降臉悠菲銶s為40.93 eum/g，He為9

8、83.13Oe，其飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力均有較大提高，但其相對(duì)其他方法制得的鐵氧體空心微球的靜磁曲線來(lái)看，其飽和磁化強(qiáng)度有較大降低，而其矯頑力則變化不是很大。 PMMA-VID模板法采用懸浮聚合法使甲基丙烯酸甲酯與1-乙烯基咪唑共聚，利用其雜環(huán)與前驅(qū)體間的酸堿作用在微球表面包覆一層前驅(qū)物，繼續(xù)利用異相成核技術(shù)在其表面沉積前驅(qū)物，熱處理后得到了M型鋇鐵氧體。粒徑在2-10μm之間，還夾雜有一定量的非晶態(tài)物質(zhì)。從XRD圖譜分析可知制得