一种铈锌共掺NiFe₂O₄纳米粉体及其制备方法

一种铈锌共掺NiFe₂O₄纳米粉体及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种铈锌共掺NiFe2O4纳米粉体，属于吸波材料技术领域，其通式为：Ni1?xCexFe2?xZnxO4，其中，0≤x≤0.2。本发明还公开了一种铈锌共掺NiFe2O4纳米粉体的制备方法。本发明的一种铈锌共掺NiFe2O4纳米粉体，不仅产率高，而且纯度高，粒径小且均匀；本发明的另一目的是提供铈锌共掺NiFe2O4纳米粉体的制备方法，该方法操作简单且易于实现规模化生产，利用溶胶凝胶?自蔓延法制备Ce、Zn共掺NiFe2O4纳米，为大规模生产Ce、Zn共掺NiFe2O4纳米粉体提供了一条切实可行的途径，将所制备的新型纳米粉体应用于吸波领域，具有良好的前景。
【专利说明】
-种柿巧共惨N i Fe2〇4纳米粉体及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于吸波材料技术领域，具体设及一种姉锋共渗NWe2〇4纳米粉体及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 随着伴科技进步和社会发展，手机、电脑等电子产品已经走进千家万户，给人们的 生活带来诸多便利，但是由此带来的电磁污染也随之出现，吸波材料逐渐成为人们关注的 焦点。电磁隐蔽，对雷达保护或隔离的军事设备已经在众多国家引起重视。W此，高性能的 电磁吸波材料成为科学研究努力的方向。
[0003] 反尖晶石型NiFe2〇4纳米晶作为一种各向异性的软磁性材料，具较高的电阻系数， 较低的满旋电流损耗和高饱和磁化强度。运些特性源于其独特的结构，NiFe2〇4晶体结构用 公式可W表示为恥3+)帆2卞63+]〇4爪3+分别占据四面体和八面体的位置，化 2+占据八面体 的位置，二者非平行旋转产生了较强的磁力矩。因此被广泛地应用在高频磁记录、磁共振装 置、传感器等领域。另外，由于复合磁导率的虚部很大，一直受到很大的重视，被广泛运用于 电磁波吸收领域。
[0004] 研究发现，在NiFe2〇4中稀±元素的引入可进一步改善铁氧体材料的磁性能，提高 材料的稳定性，并为研究新型超常特性的铁氧体材料奠定基础。稀上元素离子具有未充满 的4f电子壳层，具有丰富的能级，4f电子受到屏蔽，当稀±元素离子渗入基质晶格中时，4f 电子受周围环境的影响都很弱，从而增加材料的电磁损耗。目前大多数研究只针对单一稀 ±元素渗杂的影响，关于稀±元素与过渡金属共渗Ni化说4的报道并不多见。

【发明内容】

[000引发明目的:本发明的目的在于提供一种姉锋共渗NiFe204纳米粉体，不仅产率高，而 且纯度高，粒径小;本发明的另一目的是提供姉锋共渗Ni化说4纳米粉体的制备方法。
[0006] 技术方案:为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种姉锋共渗NWe2化纳米粉体，其通式为：
[0008] Ni i-xCexFe2-x 化 x〇4，其中，0《x《0.2。
[0009] 制备一种姉锋共渗NWe2〇4纳米粉体的方法，包括W下步骤：
[0010] 1)按比例称取Ni、Ce、Fe和化的金属盐，溶解在蒸馈水中，磁力揽拌，获得淡绿色溶 液A;
[0011] 2)称取络合剂溶解在蒸馈水中，磁力揽拌，获得无色溶液B;
[0012] 3)在揽拌中将无色溶液B缓慢滴加到淡绿色溶液A中，滴加完后继续揽拌，得到溶 液C;滴加巧樣酸过程一定要缓慢，且要不断揽拌；
[OOU] 4)向溶液帥添加抑调节剂，调节抑为6~7,揽拌得到墨绿色溶胶D;
[0014] 5)将墨绿色溶胶D转移到水浴锅中，水浴揽拌获得湿凝胶E;
[0015] 6)将湿凝胶E放入烘箱中干燥获得干凝胶F;
[0016] 7)将干凝胶F在空气中点燃，得到蓬松的前驱体，研磨后获得前驱体粉末G;
[0017] 8)前驱体粉末G般烧后得到目标产物姉锋共渗NWe地4纳米粉体。
[0018] 步骤1)中，所述的Ni、Ce、Fe和Zn的金属盐分别为均为分析纯的六水硝酸儀、硝酸 姉、九水硝酸铁和硝酸锋。
[0019] 步骤2)中，所述的络合剂为巧樣酸，金属盐和巧樣酸的摩尔比为1:1~1:2。
[0020] 步骤4)中，所述的抑调节剂为氨水。
[0021] 步骤5)中，所述的水浴揽拌的溫度为70~90°C，时间为3~化。
[0022] 步骤6)中，所述的干燥溫度为100~120°C，干燥时间为20~30h。
[0023] 步骤8)中，所述的般烧的溫度为800~1000°C，时间为2~化。
[0024] 有益效果：与现有技术相比，本发明的一种姉锋共渗NiFe2〇4纳米粉体，不仅产率 高，而且纯度高，粒径小且均匀;本发明的另一目的是提供姉锋共渗Ni化地4纳米粉体的制备 方法，该方法操作简单且易于实现规模化生产，利用溶胶凝胶-自蔓延法制备Ce、Zn共渗 NiFe2化纳米，为大规模生产CeJn共渗Μ化2〇4纳米粉体提供了一条切实可行的途径，将所 制备的新型纳米粉体应用于吸波领域，具有良好的前景。
【附图说明】
[0025] 图1是实施例1-5制备的纳米粉体的XRD图；
[0026] 图2是实施例3制备的化日.觀日化1.92邮.1〇4纳米粉体的了61图；
[0027] 图3是实施例1-5制备的纳米粉体的磁滞回线图；
[0028] 图4是实施例1-5制备的纳米粉体的复磁导率、复介电常数和频率的关系图；
[0029] 图5是实施例1-5制备的纳米粉体吸波曲线。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。
[00川一种姉锋共渗NWe204纳米粉体，其通式为Nii-xCexFe2-xaix04(0《x《0.2)。
[0032] 一种姉锋共渗Ni化地4纳米粉体的制备方法，包括W下步骤：
[0033] 1)按照化学组成Nii-xCexFe2-xZnx〇4(0《x《0.2)中各金属离子化学计量比称取一 定量的金属盐，溶解在蒸馈水中，磁力揽拌，获得淡绿色溶液A;
[0034] 2)按照金属离子:巧樣酸为1:1~1:2(摩尔比）称取一定量的巧樣酸作为络合剂溶 解在蒸馈水中，磁力揽拌，获得无色溶液B;
[0035] 3)在揽拌中将无色溶液B缓慢滴加到淡绿色溶液A中，滴加完后继续揽拌，得到溶 液C;
[0036] 4)向溶液C中滴加氨水，调节抑为6~7左右，继续揽拌，得到墨绿色溶胶D;
[0037] 5)将墨绿色溶胶D转移到水浴锅中，70~90°C水浴揽拌3~化，获得湿凝胶E;
[0038] 6)将湿凝胶E放入烘箱中，干燥溫度为100~120°C，干燥时间为20~30h，获得干凝 胶F;
[0039] 7)将干凝胶F在空气中点燃，得到蓬松的前驱体，研磨后获得前驱体粉末G;
[0040] 8)前驱体粉末G在800~1000°C般烧2~化，获得目标产物。
[0041 ] 实施例1
[0042] 一种姉锋共渗Ni化地4纳米粉体的制备方法，包括W下步骤：
[0043] 1)将2.9081g六水硝酸儀、8.08g九水硝酸铁溶解于100ml蒸馈水中，磁力揽拌 30min，获得淡绿色溶液A;
[0044] 2)将6.3g巧樣酸溶于50ml蒸馈水揽拌，磁力揽拌30min，获得无色溶液B;
[0045] 3)在揽拌中将无色溶液B缓慢滴加到淡绿色溶液A中，滴加完后继续揽拌化，得到 溶液C;
[0046] 4)向溶液C中滴加氨水，调节pH为7左右，继续揽拌30min，得到墨绿色溶胶D;
[0047] 5)将墨绿色溶胶D转移到水浴锅中，80°C水浴揽拌地，获得湿凝胶E;
[004引6)将湿凝胶E放入烘箱中，110°C干燥2地，获得干凝胶F;
[0049] 7)将干凝胶F在空气中点燃，得到蓬松的前驱体，研磨后获得前驱体粉末G;
[(K)加]8)前驱体粉末G在90(TC般烧化，获得目标产物Ni化地4。
[0化1]实施例2
[0化2] -种姉锋共渗Ni化地4纳米粉体的制备方法，包括W下步骤：
[0化3] 1)将2.7626g六水硝酸儀、7.87始九水硝酸铁、0.2170g硝酸姉和0.1487g硝酸锋溶 解于100ml蒸馈水，磁力揽拌30min，获得淡绿色溶液A;
[0054] 2)将6.3g巧樣酸溶于50ml蒸馈水揽拌，磁力揽拌30min，获得无色溶液B;
[0055] 3)在揽拌中将无色溶液B缓慢滴加到淡绿色溶液A中，滴加完后继续揽拌化，得到 溶液C;
[0056] 4)向溶液C中滴加氨水，调节pH为7左右，继续揽拌30min，得到墨绿色溶胶D;
[0057] 5)将墨绿色溶胶D转移到水浴锅中，70°C水浴揽拌化，获得湿凝胶E;
[005引6)将湿凝胶E放入烘箱中，10(TC干燥30h，获得干凝胶F;
[0059] 7)将干凝胶F在空气中点燃，得到蓬松的前驱体，研磨后获得前驱体粉末G;
[0060] 8)前驱体粉末G在800°C般烧化，获得目标产物Nio. 9日Ceo. 0日化1.9日Zno. 0日化。
[0061] 实施例3
[0062] 一种姉锋共渗NWe2〇4纳米粉体的制备方法，包括W下步骤：
[0063] 1)将2.617：3g六水硝酸儀、7.676g九水硝酸铁、0.4341g硝酸姉和0.2975g硝酸锋溶 解于100ml蒸馈水，磁力揽拌30min，获得淡绿色溶液A;
[0064] 2)将6.3g巧樣酸溶于50ml蒸馈水揽拌，磁力揽拌30min，获得无色溶液B;
[0065] 3)在揽拌中将无色溶液B缓慢滴加到淡绿色溶液A中，滴加完后继续揽拌化，得到 溶液C;
[0066] 4)向溶液C中滴加氨水，调节pH为7左右，继续揽拌30min，得到墨绿色溶胶D;
[0067] 5)将墨绿色溶胶D转移到水浴锅中，90°C水浴揽拌化，获得湿凝胶E;
[0068] 6)将湿凝胶E放入烘箱中，120°C干燥20h，获得干凝胶F;
[0069] 7)将干凝胶F在空气中点燃，得到蓬松的前驱体，研磨后获得前驱体粉末G;
[0070] 8)前驱体粉末G在1000°C般烧化，获得目标产物Nio.sCeo.i化1.9化0.1化。
[0071 ]实施例4
[0072] 一种姉锋共渗Ni化地4纳米粉体的制备方法，包括W下步骤：
[0073] 1)将2.4719g六水硝酸儀、7.47?九水硝酸铁、0.6511g硝酸姉和0.446?硝酸锋溶 解于100ml蒸馈水，磁力揽拌30min，获得淡绿色溶液A;
[0074] 2)将6.3g巧樣酸溶于50ml蒸馈水揽拌，磁力揽拌30min，获得无色溶液B;
[0075] 3)在揽拌中将无色溶液B缓慢滴加到淡绿色溶液A中，滴加完后继续揽拌化，得到 溶液C;
[0076] 4)向溶液C中滴加氨水，调节pH为7左右，继续揽拌30min，得到墨绿色溶胶D;
[0077] 5)将墨绿色溶胶D转移到水浴锅中，80°C水浴揽拌地，获得湿凝胶E;
[0078] 6)将湿凝胶E放入烘箱中，110°C干燥2地，获得干凝胶F;
[0079] 7)将干凝胶F在空气中点燃，得到蓬松的前驱体，研磨后获得前驱体粉末G;
[0080] 8)前驱体粉末G在900 Γ般烧化，获得目标产物Nio. 8日Ce日.化化1.8日Zno.化化。
[0081 ] 实施例5
[0082] 一种姉锋共渗Ni化地4纳米粉体的制备方法，包括W下步骤：
[0083] 1)将2.3264g六水硝酸儀、7.27?九水硝酸铁、0.8682g硝酸姉和0.5949g硝酸锋溶 解于100ml蒸馈水，磁力揽拌30min，获得淡绿色溶液A;
[0084] 2)将6.3g巧樣酸溶于50ml蒸馈水揽拌，磁力揽拌30min，获得无色溶液B;
[0085] 3)在揽拌中将无色溶液B缓慢滴加到淡绿色溶液A中，滴加完后继续揽拌化，得到 溶液C;
[0086] 4)向溶液C中滴加氨水，调节pH为7左右，继续揽拌30min，得到墨绿色溶胶D;
[0087] 5)将墨绿色溶胶D转移到水浴锅中，80°C水浴揽拌地，获得湿凝胶E;
[0088] 6)将湿凝胶E放入烘箱中，110°C干燥2地，获得干凝胶F;
[0089] 7)将干凝胶F在空气中点燃，得到蓬松的前驱体，研磨后获得前驱体粉末G;
[0090] 8)前驱体粉末G在900°C般烧化，获得目标产物Nio. sCeo. 2化1.8化0.2化。
[0091] 产品结构与性能检验
[0092] 利用X射线衍射仪对所得样品进行物相结构分析;利用透射电子显微镜对样品的 形貌结构进行分析;利用振动样品磁强计对样品的磁性能进行确定;利用矢量网络分析对 样品的电磁参数进行分析。利用所测得电磁参数W及如下的电磁波传输理论公式计算反射 率损耗(RL):
[0093]
[0094] 式中fo为电磁波频率，d为吸波层的厚度，C为真空中电磁波传输速度，ετ、μτ分别代 表吸波层的复介电常数(Er= ε'-je")和复数磁导率(yr = y'-jy")。
[00巧]图访本发明实施例1-5提供的纳米粉体的邸D图。从图1中可W看出，当Ce、Zn含量 不超过0.1时，样品为单一的立方尖晶石儀铁氧体，各特征峰与儀铁氧体的标准PDF (No. 0711232)卡片基本吻合，没有其他杂质峰出现，运意味着当渗杂量不超过0.1，Ce3+和 化能够很好地进入儀铁氧体的晶格中。然而，当渗杂量超过0.15,出现了少许杂质峰，经过 比对，该杂质为Ce化。
[0096]图2为本发明实施例3提供的Nio.sCeoiFei.9Zn〇. 1〇4纳米吸波粉体的TEM图。从图2中 可W看出制备的样品大致为近似球形的纳米颗粒，粒径分布在30-50nm之间，此结果和XRD 分析基本一致。另外，从图2中还可W发现由于纳米尺度的粒子具有高的表面能，使得所制 备的样品发生轻微团聚。
[0097] 图3为本发明实施例1-5提供的纳米粉体的磁滞回线。从图3可W看出，所有的样品 都具有高的磁化强度和低的矫顽力，符合软磁体特征。当渗杂量x《〇.l时，样品的饱和磁化 强度Ms随着渗杂量X增加而提高的，而当x>0.15时，样品的饱和磁化强度Ms随之减少。
[0098] 图4为本发明实施例1-5提供的纳米粉体的复磁导率、复介电常数和频率的关系。 从图4(a)-图4(b)中可W看出，x = 0.15时的样品复介电常数实部最大，x = 0.1时的样品的 复介电常数虚部在14G化左右达到最大，意味着渗量为0.1的样品的介电损耗最大;从图4 (C)-图4(d)中可W看出，x = 0.1的样品的复磁导率实部和虚部都高于其他样品，因此具有 较大的磁损耗。
[0099] 图5为本发明实施例1-5提供的纳米粉体吸波曲线。从图5中可W看出，渗量为0.1 时，样品具有最优的吸波性能，其厚度为2.5mm，在14.4GHz处的最小反射损耗达到- 19.63地。另外，其有效吸收带宽(RL《-10地)达到6.12GHz。
【主权项】
1. 一种铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体，其特征在于:其通式为： Nii-xCexFe2-xZnx〇4,其中，0<χ<0·2。2. 制备权利要求1所述的一种铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体的方法，其特征在于:包括以下 步骤： 1) 按比例称取Ni、Ce、Fe和Zn的金属盐，溶解在蒸馏水中，磁力搅拌，获得淡绿色溶液A; 2) 称取络合剂溶解在蒸馏水中，磁力搅拌，获得无色溶液B; 3) 在搅拌中将无色溶液B缓慢滴加到淡绿色溶液A中，滴加完后继续搅拌，得到溶液C; 4) 向溶液C中添加 pH调节剂，调节pH为6~7，搅拌得到墨绿色溶胶D; 5) 将墨绿色溶胶D转移到水浴锅中，水浴搅拌获得湿凝胶E; 6) 将湿凝胶E放入烘箱中干燥获得干凝胶F; 7) 将干凝胶F在空气中点燃，得到蓬松的前驱体，研磨后获得前驱体粉末G; 8) 前驱体粉末G煅烧后得到目标产物铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体。3. 根据权利要求2所述的制备铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体的方法，其特征在于：步骤1) 中，所述的Ni、Ce、Fe和Zn的金属盐分别为均为分析纯的六水硝酸镍、硝酸铈、九水硝酸铁和 硝酸锌。4. 根据权利要求2所述的制备铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体的方法，其特征在于：步骤2) 中，所述的络合剂为柠檬酸，金属盐和柠檬酸的摩尔比为1:1~1:2。5. 根据权利要求2所述的制备铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体的方法，其特征在于：步骤4) 中，所述的pH调节剂为氨水。6. 根据权利要求2所述的制备铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体的方法，其特征在于：步骤5) 中，所述的水浴搅拌的温度为70~90°C，时间为3~5h。7. 根据权利要求2所述的制备铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体的方法，其特征在于：步骤6) 中，所述的干燥温度为100~120°C，干燥时间为20~30h。8. 根据权利要求2所述的制备铈锌共掺NiFe2〇4纳米粉体的方法，其特征在于：步骤8) 中，所述的煅烧的温度为800~1000°C，时间为2~5h。
【文档编号】C04B35/28GK106083024SQ201610435603
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】罗驹华, 颜柱, 王旭, 翟雪松, 姜翠凤
【申请人】盐城工学院