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《哈尔滨工业大学》 2018年
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基于自蔓延燃烧法磁性铁基氧化物泡沫的制备与表征

韩光辉  
【摘要】:磁性材料作为功能材料的一个重要分支,在机械、电子、医疗、生物、环境、军工等领域得到了广泛的应用。随着纳米技术的兴起,磁性纳米材料因其独特的纳米效应所具备的特殊性能引起了材料学家们浓厚的研究兴趣。相对于金属磁性材料和稀土永磁材料,铁氧体磁性材料具有较好的磁性能和抗化学腐蚀性能,并具有制备简单方便、价格低廉等优点。泡沫多孔材料具有质量密度低、比表面积大、吸附性能好等优点提高了材料的应用价值。在多孔磁性材料领域,适当的孔结构能通过钉扎效应提高磁性材料的矫顽力。铁基氧化物泡沫兼备了铁氧体磁性材料和泡沫材料的优点,是一种重要的多功能磁性纳米材料。本课题采用溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备氧化铁、钴铁氧体、钡铁氧体磁性泡沫材料,并利用XRD、SEM和VSM对产物的结构、形貌和磁性进行表征与分析。通过优化实验条件制备出低密度高磁性能的磁性铁基氧化物泡沫材料。通过自蔓延燃烧法制备α-Fe_2O_3、Fe_3O_4及Co_xFe_(2-x)-x O_3泡沫材料,并研究了甘氨酸与硝酸盐比例(G/N)、热处理温度等对泡沫状产物结构、形貌和磁性的影响。在G/N为0.6时直接合成了多孔薄膜状的α-Fe_2O_3与Fe_3O_4复合材料,并且Fe_3O_4的含量随G/N的增加而增加。在700℃热处理1 h后得到高孔隙率三维网状泡沫,在550℃热处理时得到最高矫顽力。在G/N为0.6时Fe_3O_4泡沫具有最高饱和磁化强度为58 emu/g,此时的孔隙率很高且比表面积达到了199.2 m~2/g。采用自蔓延燃烧法制备了钴铁氧体磁性泡沫,研究了甘氨酸与硝酸盐比例(G/N)、热处理温度及Co元素含量对尖晶石型CoFe_2O_4泡沫结构、形貌和磁性能的影响。优化出了G/N为0.8,热处理温度为450℃,Co含量x为0.8的最佳工艺条件,此时Co_(0.8)Fe_(2.2)O_4泡沫矫顽力最高达3 kOe,饱和磁化强度约为42 emu/g。在此实验中测试了Co_(0.8)Fe_(2.2)O_4泡沫的质量密度为45 mg/cm~3,远低于CoFe_2O_4的晶体密度5.2 g/cm~3。采用自蔓延燃烧法制备了钡铁氧体磁性泡沫并研究了热处理温度、Al~(3+)取代量、以及软磁相成分Co_(0.6)Zn_(0.4)Fe_2O_4含量对钡铁氧体结构、形貌和磁性能的影响。研究发现,颗粒尺寸随热处理温度升高而增大,当热处理温度为1000℃时,产物BaFe_(12)O_(19)的矫顽力最高;在不同Al~(3+)取代量条件下BaFe_8Al_4O_(19)的矫顽力最高,达到了13.7 kOe。在制备BaFe_8Al_4O_(19)-x Wt.%Co_(0.6)Zn_(0.4)Fe_2O_4复合材料泡沫时,软磁相成分含量为30%时交换耦合效果最佳,此时的剩余磁化强度得到有效提高,光滑的磁滞回线表明硬磁-软磁两相发生了较好的交换耦合作用。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM27;TB383.4

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【参考文献】
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