專利名稱：M_xR_1-xFe₂O₄納米粉體的快速制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MxIVxFhO4納米粉體的快速制備方法，屬于軟磁鐵氧體納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前低溫固相反應(yīng)制備軟磁鐵氧體納米粉體，是采用人工研磨的方法，使反應(yīng)物在瑪瑙研缽中完成部分固相反應(yīng)，生成前驅(qū)物。而且在研磨制備的過程中會存在強(qiáng)烈的粘結(jié)研磨器壁的現(xiàn)象，造成反應(yīng)無法進(jìn)行或進(jìn)行不完全現(xiàn)象，所以通常采用后續(xù)低溫?zé)崽幚砉に噷η膀?qū)體進(jìn)行加熱處理，以促進(jìn)固相反應(yīng)徹底進(jìn)行完全，制備所需產(chǎn)物。這也是導(dǎo)致傳統(tǒng)的低溫固相反應(yīng)制備技術(shù)采用人工研磨方便控制處理粘壁現(xiàn)象而不采用機(jī)械研磨的原因。但由于是人工研磨，在實驗過程中會存在較多的誤差，而且單次處理量少，不同的操作者所得實驗結(jié)論存在一定的差異，重現(xiàn)性不好，造成產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，不能工業(yè)化生產(chǎn)。而且后續(xù)的熱處理過程會造成顆粒的團(tuán)聚及長大，造成粒度不均勻，增加能耗。而傳統(tǒng)的高能球磨制備軟磁鐵氧體納米粉體則是采用狗203和其它氧化物粉末作為原料，通常需要較長的高能球磨時間，一般為10小時以上，才能使反應(yīng)物發(fā)生粉碎機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物，增加了能耗，而且產(chǎn)物純度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種能克服上述缺陷、可操作性強(qiáng)、重現(xiàn)性好、工藝簡單、適宜批量生產(chǎn)的MxRhi^e2O4納米粉體的快速制備方法。其技術(shù)方案為一種MxIVxFe52O4納米粉體的快速制備方法，其特征在于采用以下步驟⑴將七水合硫酸亞鐵和一種或多種含結(jié)晶水的金屬硫酸鹽，按化學(xué)結(jié)構(gòu)式MxRhFe2O4中的摩爾比 M2+ R2+ Fe3+ = X 1-x 2混合，其中χ = 0. 5 1，置于行星磨中混合研磨3 5min ； (2)按!^e2+ OF摩爾比為1 3加入NaOH固體，采用行星磨分兩段干磨8 IOmin和5 IOmin ； (3)加入去離子水，使料漿質(zhì)量比濃度為40% -50%，采用行星磨濕磨5 lOmin，依次經(jīng)離心分離、洗滌、干燥后得MxRhi^e2O4納米粉體。所述的MxIVxFe52O4納米粉體的快速制備方法，步驟(1)中，含結(jié)晶水的金屬硫酸鹽包括 NiSO4 · 6H20、ZnSO4 · 7H20、MgSO4 · 7H20 和 MnSO4 · H2O,結(jié)構(gòu)式中 M、R 分別代表一種金屬硫酸鹽所提供的二價金屬離子，但兩種金屬硫酸鹽所提供的二價金屬離子不同。所述的MxIVxFe52O4納米粉體的快速制備方法，步驟⑵中，第一段研磨8 lOmin， 然后將磨罐里面的研磨介質(zhì)及物料同時取出，自然晾干8 10小時后再進(jìn)行第二段干磨， 研磨5 IOmin0所述的MxRhFe52O4納米粉體的快速制備方法，步驟(1)、步驟⑵和步驟⑶中，行星磨研磨介質(zhì)采用氧化鋁球或氧化鋯球，其中大、中和小球直徑分別為12mm、IOmm和5mm， 個數(shù)分別為60 90、30 70和100 160。所述的MxRhF^O4納米粉體的快速制備方法，步驟⑵中，行星磨研磨工藝球料比為2 5 1。所述的MxRhi^e2O4納米粉體的快速制備方法，步驟(3)中，產(chǎn)物離心分離后用去離子水洗滌，去除Na2SO4,直至用FP640火焰光度計檢測濾液中Na+的含量少于0. 5wt%,再在 100 120°C干燥，即得MxRhFi52O4納米粉體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點是1、采用行星磨代替手工研磨，通過調(diào)整研磨工藝，可以避免由于人工研磨所造成的實驗誤差、可操作性強(qiáng)、重現(xiàn)性好、而且單次處理量多、適宜批量生產(chǎn)。2、行星磨研磨工藝分兩段進(jìn)行，可以有效避免研磨過程中出現(xiàn)的強(qiáng)烈粘壁、而使固相反應(yīng)無法進(jìn)行的現(xiàn)象，從而使固相反應(yīng)無需后續(xù)熱處理工藝就能進(jìn)行完全生成 MxR1^xFe2O4納米粉體，節(jié)約能耗。3、采用含結(jié)晶水的金屬硫酸鹽和氫氧化鈉為原料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)高能球磨中氧化物原料，可以大大減少研磨時間，使反應(yīng)能夠在短時間內(nèi)進(jìn)行完全生成MxIVxFhO4納米粉體，產(chǎn)物純度較高，而且節(jié)約能耗。


圖1是本發(fā)明實施例1所得Nii^e2O4納米粉體700°C熱處理前、后的XRD圖；圖2是本發(fā)明實施例1所得Nii^e2O4納米粉體700°C熱處理前的SEM圖。圖中圖1 (a)是實施例1中未經(jīng)700°C熱處理所得到的Nii^e2O4納米粉體的XRD 圖譜，圖1 (b)是實施例1中經(jīng)700°C熱處理所得到的Nii^e2O4納米粉體的XRD圖譜。
具體實施例方式實施例1 行星磨研磨介質(zhì)采用氧化鋁球，大球、中球和小球直徑分別為12mm、 IOmm和5mm，個數(shù)分別為68、40和160，其具體步驟是(1)將! eS04*7H20 和 NiS04*6H20 按摩爾比 Ni2+ Fe2+=I 2 稱取置于行星磨中混合研磨5min ；(2)按Fe2+ 0廠摩爾比為1 3加入NaOH固體，球料比為3 1，分兩段采用行星磨干磨工藝，第一段粉磨8min，將磨罐里面的研磨介質(zhì)及物料同時取出，自然晾干10小時，再進(jìn)行第二段粉磨IOmin ；(3)加入去離子水，配制料漿質(zhì)量比濃度為40%，采用行星磨濕磨工藝粉磨5min ； 將料漿離心分離后用去離子水洗滌，去除Na2SO4,直至用FP640火焰光度計檢測濾液中Na+ 的含量少于0. 5wt%，在120°C下干燥，制備出Nii^e2O4納米粉體。經(jīng)X射線衍射分析(XRD)及掃描電鏡分析(SEM)可知，熱處理前和熱處理后均生成Nii^e2O4尖晶石結(jié)構(gòu)，可以看出熱處理前的粉體結(jié)晶度良好，與熱處理后的粉體衍射結(jié)果相比，其特征峰衍射強(qiáng)度略有減小，衍射峰寬度增加，說明晶粒尺寸較小。顆粒形貌均為片狀結(jié)構(gòu)，顆粒直徑大小約為50nm，厚度10 20nm。上述結(jié)果表明，采用本發(fā)明制備工藝可以省去后續(xù)熱處理工藝就可以制備出顆粒大小均勻，形態(tài)規(guī)則，結(jié)晶度良好的Nii^e2O4納米粉體。實施例2 行星磨研磨介質(zhì)采用氧化鋁球，大球、中球和小球直徑分別為12mm、 IOmm和5mm，個數(shù)分別為90、30和100，其具體步驟是
(1)將 FeSO4 · 7H20、NiSO4 · 6H20 和 ZnSO4 · 7H20 按摩爾比 Ni2+ Zn2+ Fe2+ = 0.5 0.5 2稱取置于行星磨中混合研磨5min ；(2)按Fe2+ 0!1_摩爾比為1 3加入NaOH固體，球料比為4 1，分兩段采用行星磨干磨工藝，第一段粉磨lOmin，將磨罐里面的研磨介質(zhì)及物料同時取出，自然晾干10小時，再進(jìn)行第二段粉磨5min;(3)加入去離子水，配制料漿質(zhì)量比濃度為45%，采用行星磨濕磨工藝粉磨Smin ； 將料漿離心分離后用去離子水洗滌，去除Na2SO4,直至用FP640火焰光度計檢測濾液中Na+ 的含量少于0. 5wt%，在120°C下干燥，制備出Nia5Svfe2O4納米粉體。經(jīng)X射線衍射分析(XRD)及掃描電鏡分析(SEM)可知，二段粉磨5min的 Ni0.5Zn0.5Fe204晶粒尺寸為8. 8nm，二段粉磨IOmin的Ni0.5Zn0.5Fe204晶粒尺寸為10nm，顆粒形貌均為片狀結(jié)構(gòu)，顆粒大小約為50nm。實施例3 行星磨研磨介質(zhì)采用氧化鋁球，大球、中球和小球直徑分別為12mm、 IOmm和5mm，個數(shù)分別為70、60和120，其具體步驟是(1)將 FeSO4 · 7H20、NiSO4 · 6H20 和 MnSO4 · H2O 按摩爾比 Ni2+ Mn2+ Fe3+ = 0.95 0. 05 2稱取置于行星磨中混合研磨;3min ；(2)按Fe2+ 0!1_摩爾比為1 3加入NaOH固體，球料比為3 1，分兩段采用行星磨干磨工藝，第一段粉磨8min，將磨罐里面的研磨介質(zhì)及物料同時取出，自然晾干10小時，再進(jìn)行第二段粉磨IOmin ；(3)加入去離子水，配制料漿質(zhì)量比濃度為45%，采用行星磨濕磨工藝粉磨Smin ； 將料漿離心分離后用去離子水洗滌，去除Na2SO4,直至用FP640火焰光度計檢測濾液中Na+ 的含量少于0. 5wt%，在100°C下干燥，制備出Nia95MnaJ^2O4納米粉體。經(jīng)X射線衍射分析(XRD)及掃描電鏡分析(SEM)可知，Nia95MnciJ^2O4晶粒尺寸為7. 8nm，顆粒形貌為片狀結(jié)構(gòu)，顆粒大小約為50nm。
權(quán)利要求
1.一種MxIVxFe52O4納米粉體的快速制備方法，其特征在于采用以下步驟(1)將七水合硫酸亞鐵和一種或多種含結(jié)晶水的金屬硫酸鹽，按化學(xué)結(jié)構(gòu)SMxRhFe2O4中的摩爾比 M2+ R2+ Fe3+ = X 1-x 2混合，其中χ = 0. 5 1，置于行星磨中混合研磨3 5min ； (2)按!^e2+ OF摩爾比為1 3加入NaOH固體，采用行星磨分兩段干磨8 IOmin和5 IOmin ； (3)加入去離子水，使料漿質(zhì)量比濃度為40% -50%，采用行星磨濕磨5 lOmin，依次經(jīng)離心分離、洗滌、干燥后得MxRhi^e2O4納米粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的MxRhFe52O4納米粉體的快速制備方法，其特征在于步驟⑴ 中，含結(jié)晶水的金屬硫酸鹽包括NiSO4 · 6H20、ZnSO4 · 7H20、MgSO4 · 7H20和MnSO4 · H2O,結(jié)構(gòu)式中M、R分別代表一種金屬硫酸鹽所提供的二價金屬離子，但兩種金屬硫酸鹽所提供的二價金屬離子不同。
3.如權(quán)利要求1所述的MxRhFe52O4納米粉體的快速制備方法，其特征在于步驟(2) 中，第一段研磨8 lOmin，然后將磨罐里面的研磨介質(zhì)及物料同時取出，自然晾干8 10 小時后再進(jìn)行第二段干磨，研磨5 lOmin。
4.如權(quán)利要求1所述的MxRhFe2O4納米粉體的快速制備方法，其特征在于步驟⑴、 (2)和(3)中，行星磨研磨介質(zhì)采用氧化鋁球或氧化鋯球，其中大、中和小球直徑分別為 12mm、IOmm和5mm，個數(shù)分別為60 90,30 70和100 160。
5.如權(quán)利要求1所述的MxRhFe2O4納米粉體的快速制備方法，其特征在于步驟(2) 中，行星磨研磨工藝球料比為2 5 1。
6.如權(quán)利要求1所述的MxRhFe52O4納米粉體的快速制備方法，其特征在于步驟(3) 中，產(chǎn)物離心分離后用去離子水洗滌，去除Na2SO4,直至用FP640火焰光度計檢測濾液中Na+ 的含量少于0. 5wt%，再在100 120°C干燥，即得MxIVxFii2O4納米粉體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種MxR1-xFe2O4納米粉體的快速制備方法，其特征在于采用以下步驟(1)將七水合硫酸亞鐵和一種或多種含結(jié)晶水的金屬硫酸鹽，按化學(xué)結(jié)構(gòu)式MxR1-xFe2O4中的摩爾比M2+∶R2+∶Fe3+＝x∶1-x∶2混合，其中x＝0.5～1，置于行星磨中混合研磨3～5min；(2)按Fe2+∶OH-摩爾比為1∶3加入NaOH固體，采用行星磨分兩段干磨8～10min和5～10min；(3)加入去離子水，使料漿質(zhì)量比濃度為40％-50％，采用行星磨濕磨5～10min，依次經(jīng)離心分離、洗滌、干燥后得MxR1-xFe2O4納米粉體。本發(fā)明不需要焙燒就可以直接合成出晶體結(jié)構(gòu)良好、純度高的MxR1-xFe2O4納米粉體，可操作性強(qiáng)，重現(xiàn)性好，避免了常規(guī)低溫固相反應(yīng)法采用研缽手工研磨工藝不穩(wěn)定現(xiàn)象，而且了降低能耗，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/30GK102173461SQ20101062239
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者張磊, 焦萬麗 申請人:山東理工大學(xué)