硬磁性BaFe12O19的溶胶

实验 2 硬磁性 BaFeO 的溶胶-凝胶法合成12 19与性能一、实验目的1. 掌握溶胶-凝胶法合成无机功能材料原理及方法2. 掌握通过 XRD 进行无机材料的晶相分析。3.了解硬磁性 BaFe12O19 的磁性参数测试。二、实验原理BaFe12O19磁铅石材料，属于六方晶系，矫顽力很高，对称性差，各向异性大，属于硬 磁材料。自 1952 年 Went 等人成功研制出各向同性的钡钛氧体永磁材料以来，磁铅石型六角 铁氧体作为一种永磁材料已广泛地应用于电声器件、磁性轴承、家用电器、汽车、通信等许 多领域，而且由于其低廉的价格，已成为目前用量最大、产量最高的永磁材料。同时，由于 它具有单轴磁晶各向异性，作为一种磁记录材料，在专业录像带、数字录音带及纵向硬盘等 方面也获得了可喜的应用，成为一种前景光明的新型高密度磁记录材料。为得到纯度高、超细较好分散性级磁性能优良的BaM铁氧体，相机采用了化学沉淀法、 溶胶-凝胶法、水热法、自蔓延法及熔盐法来制备。溶胶-凝胶法是将金属有机或无机化合物经溶液制得溶胶；溶胶在一定的条件下(如加 热)脱水时，具有流动性的溶胶逐渐变粘稠，成为略显弹性的固体凝胶；再将凝胶干燥、焙 烧得到纳米级超细产物。目前采用溶胶-凝胶法制备钡钛氧体的工艺过程相当多，但按其产生溶胶-凝胶的机制主 要有三种类型。1 传统胶体型：通过控制溶液中金属离子的沉淀过程来得到稳定均匀的溶胶； 再经过蒸发溶剂(脱水)得到凝胶。2 无机聚合物型：通过可溶性聚合物在水或有机相中的 Sol-Gel 过程，使金属离子均匀的分散在其溶胶中来制备凝胶。常用的聚合物有聚乙烯醇、 硬脂酸、聚丙烯酰胺等。3 配合物型：利用配合剂将金属离子形成配合物，再经过溶胶-凝 胶过程形成配合物凝胶。该溶胶-凝胶法主要用于复合材料和薄膜、涂层的制备，尤其在薄 膜、涂层的应用方面，溶胶-凝胶法具有极大的优势。溶胶-凝胶法容易实现离子取代，可用来制备几乎任何组分的六角晶系的铁氧体材料； 能够保证严格控制化学计量比，易世实现高纯化；原料容易获得，工艺简单，反应周期短， 反应温度低；产物粒径小，分布均匀。溶胶-凝胶法原理包括如下过程。(1) 溶剂化 金属阳离子MZ+吸引水分子形成溶剂单元M(H20)NZ+，为保持其配位数， 具有强烈释放H+的趋势。M(H2O)nZ+tM(H2O)n-i(OH)(z-i)+H+(2) 水解反应 非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)N与水反应：M(OR)n+xH2OM(OH)x(OR)n-x+ROH-M (OH)n( 3)缩聚反应 按其所脱去分子种类，可分为两类。(a) 失水缩聚MOH+HOM一一MOM+H2O(b) 失醇缩聚MOM+ROHMOR+HOM图 2.1 显示了溶胶凝胶法的工艺过程。图 2.1 溶胶凝胶法的工艺过程三、实验设备及材料实验设备：烧杯，刚玉坩埚，陶瓷蒸发皿，分析天平，水浴锅，电动搅拌器，酸度计 (pH 试纸)，马弗炉。实验材料：硝酸铁，硝酸钡，柠檬酸。四、实验内容与步骤(一)BaFe12O19的溶胶-凝胶法合成按合成样品5g, nFe (NO3)3.9H2O:nBa (NO3)2=1:11计算需要的药品量；将Fe (NO3)3.9H2O、Ba (NO3)2、C6H8O7.H2O 按 1： 11:13 物质的量之比溶于一定量的水 80 水浴持续搅拌下，用氨水调节溶液pH值为9,搅拌得到黄绿色透明溶胶；将溶胶继续水域 加热，形成干凝胶。将干凝胶再250r灰化，研磨，得到前驱体。然后将前驱体分成四份, 置于刚玉坩埚中，分别于400C、600C、700C、850C煅烧4h,升温速率为15C/min。最 后自然冷却至室温即得到相应的产物。流程工艺见2.2。图 2.2 溶胶-凝胶法合成 M 型铁氧体工艺流程（二）性能测试1采用X-射线衍射仪测定样品的XRD谱，确定物质结构，合成物质是否为单相。 2.用扫描电子显微镜观察样品的形貌。3用振荡样品磁强计测试样品的磁性能，主要测试磁滞回线，获得基本磁性参数：比 饱和磁化强度和矫顽力。五、实验结果与讨论1将测得的XRD图与标准卡片对比，确定合成产物的晶相，并通过不同温度下获得 样品的XRD图，分析可能的反应历程。2观察样品的形貌，材料的形态是否满足实际应用的需要，如何进一步控制形态。3对样品进行磁性测试，获得比饱和磁化强度、矫顽力两个基本磁性参数。结合XRD 结果，分析不同煅烧温度获得样品的磁性变化。六、问题与讨论1. 如要降低溶胶-凝胶法合成硬磁性BaFe12O19的温度，可以对方法进行怎样的改 进？2. 影响BaFe12O19磁性能的因素有哪些？