專(zhuān)利名稱(chēng)：一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體(Co_xZn_1-xFe₂O₄)磁性納米粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鈷鋅鐵氧體(CoxZm.xFe204)磁性納米粉體的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種醇熱 法制備鈷鋅鐵氧體(COxZm.xFe204)磁性納米粉體的方法。
背景技術(shù)：
鐵氧體納米粒子因其具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng) 等物理效應(yīng)，以及優(yōu)異的磁性能在高科技領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
CoxZm.JFe204是具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的軟磁鐵氧體材料，具有高電阻系數(shù)和高飽和磁化 強(qiáng)度,是一種重要的磁性材料。尖晶石型CoxZru-xFe204作為一種軟磁性材料,在永磁材料、磁 記錄和磁性液體等方面有很大的應(yīng)用前景。近年來(lái)C"Zm-xFe204納米粉體的合成和性能越
來(lái)越受到人們的關(guān)注。
目前國(guó)內(nèi)外制備鈷鋅鐵氧體的主要方法有共沉淀法、水熱法、水解法和溶膠-凝膠法等。
K. Sreekumar等在Applied Catalysis A: General 201 (2000) Ll-L8上報(bào)道了用低溫可控共
沉淀法制得CoxZn^Fe204。 Chan-Kong Kim等在Materials Research Bulletin 36 (2001)
2241-2250上報(bào)道了用微波-水熱法制得CoxZn,-xFe204。 A. Tawfik等在Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 250 (2002) 77-82上報(bào)道了用傳統(tǒng)陶瓷法制得
C00.6Zno.4Fe2C)4。 R. Arulmurugan等在Journal of Magnetism and Magnetic Materials 303
(2006) 131-137上報(bào)道了用共沉淀法制得CoxZni-xFe204(x= 0.1 0.5) 。 G.V. Duong等在
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 311 (2007) 46-50上報(bào)道了用強(qiáng)迫水解法制得
CoxZni.xFe204(x= 0， 0.2， 0.4) 。 WANG Li等在J Magn Mater Devices Vol38 N06 (2007)
22-28上報(bào)道了用溶膠-凝膠法制得鈷鋅鐵氧體粉末。G. Vaidyanathan等在Physica B 403
(2008) 2157-2167上報(bào)道了用共沉淀法制得平均粒徑為6.92~12.02 nm的鈷鋅鐵氧體納米顆粒。
然而目前制備CoxZni-xFe204的方法主要存在以下缺陷工藝步驟較多、成本較高， 而且所制得的CoxZm-xFe204晶相不純、易團(tuán)聚。因此尋找一步法制備晶相純、不易團(tuán)聚、 磁化強(qiáng)度較高的納米CoxZni.xFe204成為研究的熱點(diǎn)。目前未見(jiàn)采用醇熱法制備 CoxZni.xFe204磁性納米粉體的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體(CoxZm.xFe204)磁性納 米粉體的方法，該制備方法簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的COxZm.xFe204磁性納米粉體晶相純、分散性好、不易團(tuán)聚，磁化強(qiáng)度高。
本發(fā)明的一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體(COxZm-xFe204)磁性納米粉體的方法，包括
(1) 反應(yīng)液的配置
在室溫下，稱(chēng)取鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽，其中Zn^和C戶(hù)的摩爾數(shù)比為1:4 4:1; Zn2+、 0)2+的摩爾數(shù)之和與Fe^的摩爾數(shù)之比為1:2;分散到濃度為98 wt%~99.5 wt。/。的乙二醇溶 液中待完全溶解后加入為乙二醇體積1/50~1/25的聚乙二醇，再加入與F^+的摩爾數(shù)之比 為8:1 12:1的無(wú)水乙酸鈉，攪拌，使上述物質(zhì)溶解，形成反應(yīng)液；
(2) 溶劑熱反應(yīng)
將上述反應(yīng)液放入反應(yīng)釜中，升溫至180-220 。C，反應(yīng)8 16h;
(3) CoxZru.xFe204磁性納米粉體的收集與洗滌 將上述反應(yīng)釜冷卻至室溫，用磁鐵收集產(chǎn)物，去離子水洗滌產(chǎn)物，烘干得到
CoxZni.xFe204磁性納米粉體。
所述步驟(1)鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽為可溶性的鐵、鈷、鋅的氯化物、硝酸鹽、硝酸鹽， 優(yōu)先使用鐵的氯化物、鈷的硝酸鹽、鋅的硝酸鹽(FeCl3'6H20、 Co(N03)2'6H20、 Zn(N03)2-6H20)。
所述步驟(1)聚乙二醇的分子量為200 1000。
所述步驟(1)攪拌速度為300-600轉(zhuǎn)/min，時(shí)間20 40min。
所述步驟(3)烘干溫度為40~80°C;時(shí)間為12-24 h。
本制備方法相對(duì)于普通的液相法，磁性納米顆粒在有機(jī)相中更穩(wěn)定，不易生成雜質(zhì)相。 由于在液相中，磁性納米粒子因受到溶液離子強(qiáng)烈的靜電吸引力的作用極易團(tuán)聚，因此本 方法選用靜電穩(wěn)定性好的無(wú)水乙酸鈉作為堿性試劑加入，以防止CoxZni-xFe204的大規(guī)模團(tuán) 聚。
有益效果
(1) 本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求低，易于工業(yè)化生產(chǎn)；
(2) 所制備的CoxZm.xFe204磁性納米粉體晶相純、分散性好、不易團(tuán)聚，磁化強(qiáng)度高。


圖1.合成粉體的掃描電鏡照片； 圖2.合成粉體的X射線(xiàn)衍射圖； 圖3.合成粉體的磁滯回線(xiàn)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而 不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。
實(shí)施例1
稱(chēng)取1.351 g高氯化鐵、0.145 g六水硝酸鈷、0.595 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入50ml乙二醇，充分?jǐn)嚢?。再加?.6g無(wú)水乙酸鈉、lml聚乙二醇200、在轉(zhuǎn)數(shù)為 500轉(zhuǎn)/分鐘下機(jī)械攪拌30min，待完全溶解后，再將上述溶液倒入反應(yīng)釜中，升溫至200 °C，反應(yīng)12h。反應(yīng)結(jié)束，用磁鐵收集產(chǎn)物，并用去離子水洗滌產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物在80。C 下干燥12 h，得到CoxZn^Fe204納米粉體。圖1為本實(shí)施例合成粉體的X射線(xiàn)衍射圖， 圖中的衍射峰表明該納米粉體為C0a2Zna8Fe204。圖2為合成粉體的掃描電鏡照片，可 以看出Co0.2Zna8Fe2O4納米微球粒徑在100~400nm，該粉體中的Coo.2Zno.8Fe204納米微球 是由多個(gè)Coa2Zno.8Fe204納米晶粒定向聚集而成。圖3是該磁性納米粉體的磁滯回線(xiàn)圖， 可以看出該納米粉體的磁化強(qiáng)度較高，達(dá)到57.64 emu/g。
實(shí)施例2
稱(chēng)取1.351 g高氯化鐵、0.291 g六水硝酸鈷、0.446 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入40ml乙二醇，充分?jǐn)嚢?。再加?.0g無(wú)水乙酸鈉、0.5 ml聚乙二醇400、在轉(zhuǎn)數(shù) 為300轉(zhuǎn)/分鐘下機(jī)械攪拌40 min，待完全溶解后，再將上述溶液倒入反應(yīng)釜中，升溫至 220。C，反應(yīng)8h。反應(yīng)結(jié)束，用磁鐵收集產(chǎn)物，并用去離子水洗滌產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物在40 °C下干燥24 h，得到COxZm-xFe204納米粉體。XRD測(cè)試結(jié)果表明該納米粉體為 Co0.4Zno.6Fe204。掃描電鏡觀察表明Coo.4Zno.6Fe204納米微球粒徑在100-400 nm，該納米 粉體中的Coo.4Zno.6Fe204納米微球是由多個(gè)Coo.4Zno.6Fe204納米晶粒定向聚集而成。磁滯 回線(xiàn)圖測(cè)試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
實(shí)施例3
稱(chēng)取1.351 g高氯化鐵、0.364 g六水硝酸鈷、0.372 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入60ml乙二醇，充分?jǐn)嚢?。再加?.5g無(wú)水乙酸鈉、1.5 ml聚乙二醇600、在轉(zhuǎn)數(shù) 為600轉(zhuǎn)/分鐘下機(jī)械攪拌20 min，待完全溶解后，再將上述溶液倒入反應(yīng)釜中，升溫至 180 °C，反應(yīng)16h。反應(yīng)結(jié)束，用磁鐵收集產(chǎn)物，并用去離子水洗滌產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物在 60 QC下干燥18 h，得到C0xZni.xFe204納米粉體。XRD測(cè)試結(jié)果表明該納米粉體為 Coo.5ZnQ.5Fe204。掃描電鏡觀察表明Coa5Zrio.5Fe204納米微球粒徑在100~400 nm，該納米
5粉體中的Coo.sZno.5Fe204納米微球是由多個(gè)C0a5Zna5Fe204納米晶粒定向聚集而成。磁滯 回線(xiàn)圖測(cè)試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
實(shí)施例4
稱(chēng)取1.351 g高氯化鐵、0.412 g六水硝酸鈷、0.298 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入45ml乙二醇，充分?jǐn)嚢?。再加?.0 g無(wú)水乙酸鈉、1 ml聚乙二醇800、在轉(zhuǎn)數(shù) 為400轉(zhuǎn)/分鐘下機(jī)械攪拌25 min，待完全溶解后，再將上述溶液倒入反應(yīng)釜中，升溫至 210 °C，反應(yīng)10h。反應(yīng)結(jié)束，用磁鐵收集產(chǎn)物，并用去離子水洗滌產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物在 50 °C下干燥20 h，得到CoxZni.xFe204納米粉體。XRD測(cè)試結(jié)果表明該納米粉體為 Co0.6Zno.4Fe204。掃描電鏡觀察表明Coa6Zna4Fe204納米微球粒徑在100~400nm，該納米 粉體中的Coo.6Zno.4Fe204納米微球是由多個(gè)C0o.6Zno.4Fe204納米晶粒定向聚集而成。磁滯 回線(xiàn)圖測(cè)試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
實(shí)施例5
稱(chēng)取1.351 g高氯化鐵、0.583 g六水硝酸鈷、0.149 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入55ml乙二醇，充分?jǐn)嚢?。再加?.0g無(wú)水乙酸鈉、0.8 ml聚乙二醇1000、在轉(zhuǎn) 數(shù)為560轉(zhuǎn)/分鐘下機(jī)械攪拌35 min，待完全溶解后，再將上述溶液倒入反應(yīng)釜中，升溫 至190。C，反應(yīng)14h。反應(yīng)結(jié)束，用磁鐵收集產(chǎn)物，并用去離子水洗漆產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物 在60。C下千燥20 h，得到CoxZn^Fe204納米粉體。XRD測(cè)試結(jié)果表明該納米粉體為 Coa8Zno.2Fe204。掃描電鏡觀察表明Coo.8Zno.2Fe204納米微球粒徑在100~400 nm,該納米 粉體中的Coo.8Zno.2Fe204納米微球是由多個(gè)Coo.8Zno.2Fe204納米晶粒定向聚集而成。磁滯 回線(xiàn)圖測(cè)試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
權(quán)利要求
1.一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體CoxZn1-xFe2O4磁性納米粉體的方法，包括(1)在室溫下，稱(chēng)取鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽，其中Zn2+和Co2+的摩爾數(shù)比為1∶4～4∶1；Zn2+、Co2+的摩爾數(shù)之和與Fe3+的摩爾數(shù)之比為1∶2；分散到濃度為98wt％～99.5wt％的乙二醇溶液中待完全溶解后加入為乙二醇體積1/50～1/25的聚乙二醇，再加入與Fe3+的摩爾數(shù)之比為8∶1～12∶1的無(wú)水乙酸鈉，攪拌，使上述物質(zhì)溶解，形成反應(yīng)液；(2)將上述反應(yīng)液放入反應(yīng)釜中，升溫至180～220℃，反應(yīng)8～16h；冷卻至室溫，用磁鐵收集產(chǎn)物，去離子水洗滌產(chǎn)物，烘干即得。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體CoxZm—xFe204磁性納米粉體的方法， 其特征在于所述步驟(1)鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽為可溶性的鐵、鈷、鋅的氯化物、硝酸鹽、 硝酸鹽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體CoxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特征在于所述步驟(1)鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽為鐵的氯化物FeCl3'6H20，鈷的硝酸鹽 Co(N03)2'6H20，鋅的硝酸鹽Zn(N03)2'6H20。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體COxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特征在于所述步驟(1)聚乙二醇的分子量為200 1000。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體COxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特征在于所述步驟(1)攪拌速度為300~600轉(zhuǎn)/min，時(shí)間20 40min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體CoxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特征在于所述步驟(2)烘干溫度為40~80°C;時(shí)間為12 24h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體CoxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特征在于通過(guò)調(diào)節(jié)鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽的比例，得到不同組成的CoxZm-xFe204磁性納米 粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種醇熱法制備鈷鋅鐵氧體Co_xZn_1-xFe₂O₄磁性納米粉體的方法，包括(1)在室溫下，稱(chēng)取鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽，分散到乙二醇溶液中，待完全溶解后加入聚乙二醇(200～1000)，再加入無(wú)水乙酸鈉，攪拌，形成反應(yīng)液；(2)放入反應(yīng)釜中，升溫至180～220℃，反應(yīng)8～16h；冷卻至室溫，用磁鐵收集產(chǎn)物，去離子水洗滌產(chǎn)物，烘干即得。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的Co_xZn_1-xFe₂O₄磁性納米粉體晶相純、分散性好、不易團(tuán)聚，磁化強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101560101SQ20091005198
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者侯成義, 張青紅, 朱美芳, 李耀剛, 王宏志 申請(qǐng)人:東華大學(xué)