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《河北师范大学》 2013年
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铁氧体NiCr_xFe_(2-x)o_4和Ni_(1-x)Co_xFe_2O_4的离子分布与磁性研究

边荣荣  
【摘要】:铁氧体是铁与其他一种或多种金属元素组成的亚铁磁性氧化物。尖晶石铁氧体就是一种得到广泛应用的铁氧体材料。 尖晶石结构铁氧体是与矿物质尖晶石MgA1_2O_4结构相同的一类物质。其中阴离子呈立方紧密堆积排列,单位晶胞中有64个四面体间隙和32个八面体间隙。每个晶胞中含有56个离子,其中32个是氧离子,24个阳离子。8个阳离子占据四面体间隙(A)位,16个阳离子占据八面体间隙[B]位。在尖晶石结构中可以掺杂不同的金属离子从而改变其磁性和电性。然而迄今为止,大部分关于尖晶石结构铁氧体研究的文献对其中阳离子分布的描述还处于定性讨论的水平,并且存在许多争议。 在本文中,我用化学共沉淀法制备了系列样品NiCr_xFe_(2-x)O_4(0.0≤x≤1.0)和Ni_(1-x)Co_xFe_2O_4(0.0≤x≤1.0),在室温下测量了样品的X射线衍射(XRD)谱,在10K测量了磁滞回线。以本课题组提出的估算铁氧体离子分布的量子力学势垒模型和电离度估算方法为基础,我们研究了这两个系列样品的离子分布与磁性的关系。 (1)通过研究样品的XRD谱得知:两个系列样品均为单相立方尖晶石结构;系列样品NiCr_xFe_(2-x)O_4(0.0≤x≤1.0)的晶格常数a随着Cr掺杂量x的增加而减小,晶粒粒径均大于100nm;Ni_(1-x)Co_xFe_2O_4(0.0≤x≤1.0)的晶格常数a随着Co掺杂量x的增加而增大,晶粒粒径均在45到62nm之间。 (2)在10K测量样品的磁滞回线,得到NiCr_xFe_(2-x)O_4(0.0≤x≤1.0)的比饱和磁化强度随着Cr掺杂量x的增加而减小。Ni_(1-x)Co_xFe_2O_4(0.0≤x≤1.0)的比饱和磁化强度随着Co掺杂量x增加而增大。 (3)对于NiCr_xFe_(2-x)O_4(x=0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)系列样品,由于样品的晶粒粒径均大于100nm,我们忽略表面效应对饱和磁化强度的影响,直接用量子力学势垒模型拟合10K时Cr掺杂量为0.0和1.0两个样品的实验磁矩,得到了所有样品的阳离子分布。在拟合过程中,我们假设样品中的Cr~(2+)和Cr~(3+)离子磁矩反平行于Ni和Fe离子的磁矩,所得到的Cr离子在(A)位和[B]位的含量,与Ghatage等通过中子衍射给出的结果十分接近,说明我们关于铬离子磁矩方向的假设是合理的。 (4)对于Ni_(1-x)Co_xFe_2O_4(x=0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)系列样品,由于晶粒粒径均在45到62nm之间,晶粒的表面效应导致样品磁矩减小。但是晶粒内部的离子分布和磁有序状态应与块体样品接近,所以我们用量子力学势垒模型拟合Co掺杂量为0.0和1.0的块材的实验磁矩,得到该系列所有样品的阳离子分布。 (5)根据我们利用量子力学势垒模型得出的阳离子分布数据,对样品的X射线衍射谱进行Rietveld拟合,误差参数均在理想范围之内。这说明我们在考虑电离度的基础上用量子力学势垒模型估算阳离子分布的方法是合理的。
【学位授予单位】:河北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM277;O482.5

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