納米軟磁鐵氧體的化學(xué)制備技術(shù)及應(yīng)用前景分析

劉 江 李 甘

湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000

納米軟磁鐵氧體的化學(xué)制備技術(shù)及應(yīng)用前景分析

劉 江 李 甘

湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000

在我國科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的推動下，電子產(chǎn)品開始朝著輕量化、小型化的方向發(fā)展，性能也得以顯著提升。軟磁鐵氧體是其中的一種重要產(chǎn)品，并在醫(yī)學(xué)、航空、軍事等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)被廣泛應(yīng)用。作為新型材料，納米軟磁鐵氧體的制備技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。本文就目前該材料的化學(xué)制備技術(shù)以及應(yīng)用展開了具體分析。

納米軟磁鐵氧體；化學(xué)制備技術(shù)；應(yīng)用前景

軟磁鐵氧體在電子工業(yè)中占有重要地位，而且在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)被廣泛應(yīng)用。近幾年來，隨著電子產(chǎn)品的輕薄化發(fā)展，對軟磁體氧體的性能也提出了更高的要求，軟磁鐵氧體的制備向著更均勻、更細(xì)小且密度更高的方向發(fā)展。當(dāng)前已有研究證實(shí)，細(xì)化之后的軟磁鐵氧體顆粒直徑控制在1-100納米之時(shí)，其性能會出現(xiàn)飛躍提升，并開始具備超順磁效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)，在磁頭、巨磁以及微波磁性材料中被廣泛應(yīng)用。下面，我們對該材料的化學(xué)制備方法及其應(yīng)用進(jìn)行分析。

一、共沉淀制備法

(一)制備方法

這種制備方法的對象為軟磁鐵氧體的納米微粉，主要是指，在包含≥2種金屬離子的可溶性鹽液中，將適量的沉淀劑添加于其中，以促使金屬離子發(fā)生均勻沉淀或結(jié)晶，然后采取過濾、清洗、干燥、煅燒及熱分解等處理手段，得到鐵氧體的納米微粉材料。國外有學(xué)者采用這一制備方法，原料為金屬鹽酸鹽，沉淀劑為氫氧化鈉，制備出的錳鋅鐵氧體的粒度<10納米，而且具有較強(qiáng)的超順磁性，粒度的直徑越小，其矯頑力越大，二者呈反比例關(guān)系。

(二)應(yīng)用前景

該制備方法的主要優(yōu)點(diǎn)為：制備方法簡單，制備生成顆粒的性能較好，其反應(yīng)物化學(xué)活性較高，粉體產(chǎn)物的粒度細(xì)且混合均勻。但是經(jīng)該方法制備出的納米粉體很容易出現(xiàn)團(tuán)聚，需要對其表面進(jìn)行修飾，是該方法的主要缺點(diǎn)。這些表面活性劑和pH等，會對產(chǎn)品的性能造成一定的影響。

二、相轉(zhuǎn)化制備法

(一)制備方法

這種方法主要是指，利用氧化鐵體系中的相互轉(zhuǎn)化作用，合成尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體的方法。國外有學(xué)者采用Fe3+鹽和Zn2+鹽所混合的溶液為原料，并將NaOH作為沉淀劑，通過共沉淀制備，及液相相轉(zhuǎn)化制備，可以得到納米鐵酸鋅。國內(nèi)也有學(xué)者開展了此項(xiàng)研究，將Fe3+鹽和Mn2+作為相應(yīng)原料，并在特定的酸堿條件及微量相轉(zhuǎn)化催化劑的作用下，采用沸騰回流強(qiáng)迫水解法進(jìn)行制備，其在很短的時(shí)間內(nèi)，就能制備出MnFe2O4，其粒徑<100納米。

(二)應(yīng)用前景

這種制備方法的主要優(yōu)勢為：具有較高的初始濃度，反應(yīng)迅速，而且制備工藝比較簡單，可以有效降低制備成本，具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值。

三、水熱制備法

(一)制備方法

將水和反應(yīng)物一起放置在密封的容器中，并進(jìn)行持續(xù)加熱，待溫度>100℃，壓力>105Pa時(shí)，反應(yīng)物就會出現(xiàn)變化，其原子、分子級的微粒開始構(gòu)筑，晶體生長。這種制備方法就是水熱法。該方法的反應(yīng)物種類豐富，包括氧化物、氫氧化物、金屬鹽、含有金屬粉末的水溶液，又或者液相懸浮液。國外有學(xué)者采用這種方法，合成了n型尖晶石型的NiFe2O4，其粒度約為11納米。

(二)應(yīng)用前景

水熱法應(yīng)用的主要優(yōu)勢在于：顆粒的晶化程度較高，粒度的分布很勻稱，不容易發(fā)生團(tuán)聚。同時(shí)，使用水熱法制備納米軟磁鐵氧體時(shí)，可以通過調(diào)整制備的條件來控制產(chǎn)品的外形和性質(zhì)，具有良好的控制性。但是其局限性在于：該方法對原料的純度要求較高，制備成本較高，而且所有的反應(yīng)都需要在高壓釜內(nèi)完成，操作工藝比較復(fù)雜，可操作性較低，是限制該制備方法推廣的主要影響因素。

四、溶膠-凝膠制備法

(一)制備方法

在比較溫和的環(huán)境下，將金屬有機(jī)物或者金屬無機(jī)物進(jìn)行水解和縮聚，讓它們逐漸從溶膠的狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)槁怨虘B(tài)的凝膠，再通過燒制制備出成品的方法，就是我們所說的溶膠-凝膠制備法。該方法可以根據(jù)生產(chǎn)機(jī)制的差別分為3種，即：①傳統(tǒng)膠體型。主要是指通過金屬醇鹽的水解和縮聚作用所產(chǎn)出的溶膠，經(jīng)凝膠和燒結(jié)所得的產(chǎn)物。不過醇鹽的售價(jià)高昂，因此這種制備方式的成本較高。②絡(luò)合物型：這一方式使采用檸檬酸作為絡(luò)合劑，與金屬離子的溶液混合，之后形成的絡(luò)合物，再經(jīng)蒸發(fā)干燥形成凝膠，最后燒結(jié)就得到了鐵氧體。③無機(jī)聚合物型：通過無機(jī)物水解，之后得到凝膠，再進(jìn)行燒結(jié)所得的產(chǎn)品。

國外學(xué)者M(jìn).Georgea等人，將一定劑量的Ni(NO3)2·6H2O與Fe(NO3)3·9H2O，根據(jù)化學(xué)計(jì)量比，使用少量的去離子水溶解，制備成透明的溶液，然后在備好的PVA膠體中，添加硝酸鹽溶液，予以充分?jǐn)嚢?，進(jìn)行加熱和脫水處理后，得到干燥的凝膠。再將凝膠置于900℃的環(huán)境下進(jìn)行焙燒，得到NiFe2O4納米粉末。國內(nèi)也有學(xué)者，采用檸檬酸鹽溶膠-凝膠法，逐漸將溫度升高到650℃，可以制備出結(jié)晶度良好的尖晶石型ZnFe2O4納米粉體，粒徑平均為23納米。采用這種方法制備出的ZnFe2O4涂層，在5-12GHz的頻率范圍內(nèi)，微波反射的損失通常>10分貝，表示其吸波性能十分優(yōu)良。

(二)應(yīng)用前景

溶膠-凝膠法應(yīng)用的主要優(yōu)勢在于：制備所得產(chǎn)物的顆粒小、分布窄，且所得產(chǎn)物成分準(zhǔn)確，體系在原子水平剪裁，易于實(shí)現(xiàn)痕量元素的摻雜，適用于鐵氧體摻雜來改變磁各向異性。但這一制備方法也存在缺點(diǎn)，不僅制備成本較高，而且干燥時(shí)容易出現(xiàn)開裂，另外，由于凝膠中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會把鐵氧體前驅(qū)體顆粒分成若干個(gè)單元，不利于對鐵氧體的形貌進(jìn)行控制。

除了上述化學(xué)制備方法之外，納米軟磁鐵氧體的化學(xué)制備方法還有很多，例如微乳液法、超臨界法、自蔓延高溫合成法、低溫燃燒合成法、噴霧熱解法、沖擊波合成法、微波場下濕法合成法和爆炸法等，需要在今后的工作中，對其制備技術(shù)，研究進(jìn)展以及應(yīng)用前景等進(jìn)行更深入的研究。

[1]傅小明.納米軟磁鐵氧體的化學(xué)法制備技術(shù)及研究現(xiàn)狀[J].無機(jī)鹽工業(yè)，2010，34(10):5-8.

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[3]王藝程，張懷武，魯廣鐸等.納米高頻軟磁薄膜材料研究進(jìn)展[J].中國材料進(jìn)展，2012，27(07):42-50.

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