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纳米锰锌铁氧体掺杂及其结构、性能的研究

谭小平  
【摘要】:本论文综述了软磁铁氧体材料的发展现状、特性、应用以及工艺研究,简略地描述了纳米陶瓷的发展趋势及其要解决的问题。纳米磁性材料是当今磁性材料研究的热点。锰锌铁氧体体作为一种重要的软磁材料也将会有更广阔的应用前景。 本文研究了分别掺杂La~(3+)、Nd~(3+)和Ti~(4+)和多元掺杂对水热法制备纳米锰锌铁氧体粉体颗粒外貌、粒度及结构的影响;重点探讨了不同掺杂量的La~(3+)、Ti~(4+)离子对纳米锰锌铁氧体性能的影响及其变化规律。 实验结果发现: 杂质La~(3+)离子对锰锌铁氧体纳米晶的晶形及其生长有重大影响。一定掺杂量(x=1.2%)的La~(3+)离子改变了锰锌铁氧体纳米晶的生长方向,由立方晶粒变成六方晶粒,并且La~(3+)离子促进了其晶粒生长;而掺Ti~(4+)离子对纳米锰锌铁氧体晶粒的大小和形状影响不明显,但对其粉体粒度有很大影响,当x≥1.0%,粒度分布曲线移至100nm以外。红外和x-射线分析表明,Ti~(4+)离子进入尖晶石次晶格影响了纳米锰锌铁氧体原有的离子分布状态,其掺杂样品的尖晶石特征吸收峰明显增大,与大晶粒(>1um)锰锌铁氧体的IR谱图比较,纳米晶粒在577.17cm~(-1)处的峰明显宽化,向低波数方向移动,在448.30cm~(-1)处的峰分裂为多个峰。 磁性能研究表明,La~(3+)、Ti~(4+)离子掺杂都能改善样品起始磁导率的温度系数,拓宽平坦区域,且La~(3+)离子拓宽的平坦区域更广;Ti~(4+)离子更有利于起始磁导率的提高。另外,适量的Ti~(4+),La~(3+)离子能有效降低纳米锰锌铁氧体材料的损耗因子,减少功耗,但非磁性离子的加入,降低了材料的饱和磁化强度和居里温度。 再次,La~(3+)离子对纳米锰锌铁氧体的密度的影响很大,同时,适量的La~(3+)离子有利于提高其电阻率。 最后,通过对所制得的样品的微观结构和宏观性能的相互分析,提出了Ti~(4+)、La~(3+)离子掺杂取代后的作用机制——阳离子缺位机制,并对该机理做了合理的解释。


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