磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法以及磁性晶粒大小与形貌特征调控方法技术

磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法以及磁性晶粒大小与形貌特征调控方法，属于铁氧体制备合成技术领域。将油酸、油胺和二苄醚混合均匀，升温去除水或酒精，自然冷却至室温；利用铁以及金属M的乙酰丙酮盐作为原材料，与溶剂均匀混合后倒入烧杯中，将烧杯放入哈氏合金反应釜的聚四氟乙烯内衬里面，在聚四氟乙烯内衬内部烧杯的下方放置磁铁；向聚四氟乙烯内衬的外侧倒入溶剂作为传热介质，加热进行溶剂热反应获得MFe

【技术实现步骤摘要】
磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法以及磁性晶粒大小与形貌特征调控方法
本专利技术属于MFe2O4铁氧体制备合成
，具体是涉及一种磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法以及磁性晶粒大小与形貌特征调控方法。
技术介绍
磁性材料广泛应用于自旋-电子器件、磁制冷、磁存储、平面量子霍尔效应器件等各个领域。纳米尺度的磁性粒子与多层膜呈现出与块体材料明显不同的性质，原因在于其尺寸效应和表面/界面效应诱导的各向异性对磁化强度翻转产生显著影响。具体而言，随着粒子尺寸减小至单畴临界尺寸时，矫顽力(Hc)达到最大；当粒子继续减小，热涨落(kBT)与各向异性能垒ΔE＝KV(K为各向异性常数，V为粒子体积)相当，磁粒子呈现超顺磁状态，理论矫顽力为零。这种超顺磁粒子可以应用于磁流体热疗(magneticfluidhyperthermia)和生物医学领域(如靶向给药)(biomedicineliketargeteddrugdelivery)、磁共振成像(magneticresonanceimaging)、生物传感(biosensors)，但由于热不稳定性，它不适用于高密度磁存储。表面效应的一个典型例子是倾斜的表面自旋与芯自旋之间的“核壳”磁化强度模型；核自旋与表面自旋间以及表面自旋之间存在相互作用，可以提高剩余磁化强度，并且可以使各向异性常数提升几个量级。开发新的合成方法，制备具有不同大小和表面性质的纳米尺度磁粒子及其组装体系，以适应不同应用的需求，仍然是富有挑战性的工作。铁氧体磁性材料可分为软磁、硬磁(包括粘结)、旋磁、矩磁和压磁及其它铁氧体材料，它们的主要特征是：软磁材料的磁导率岸高、矫顽力低、损耗低；硬磁材料的矫顽力Hc高、磁能积(BH)m高；旋磁材料具有旋磁特性，即电磁波沿着恒定磁场方向传播时，其振动面不断地沿传播方向旋转的现象，旋磁材料主要用于微波通信器件。矩磁材料具有矩形的B～H磁滞回线，主要用于计算机存储磁芯；压磁材料具有较大的线性磁致伸缩系数λs。铁氧体磁性材料在计算机、微波通信、电视、自动控制、航天航空、仪器仪表、医疗、汽车工业等领域得到了广泛的应用，其中用量最大的是硬磁与软磁铁氧体材料。通常情况下，铁氧体多晶材料采用粉末冶金法制造，铁氧体材料性能的好坏，与原料、配方、成型和烧结等四个环节密切相关，这也是传统铁氧体工艺原理重点研究的问题。同一配方原料与工艺过程下制成的铁氧体材料，其性能往往有很大的差别。这主要由于各个具体工艺环节中(如球磨、成型与烧结等)的具体质量有所不同。近年来，铁氧体材料的大规模生产技术和设备在国外又有了更大的发展。日本TDK公司采用从配料到物料铁氧体化全部封闭的管道化生产方式，净化了生产环境，提高了生产效率，改善了人工的劳动条件，使铁氧体材料性能的一致性和稳定性得到了保障，达到了大规模现代化产业的要求。随着技术发展，为了获得更高性能铁氧体材料，逐渐采用化学法制备高品质的铁氧体材料。如用酸盐混合热分解法、化学共沉淀法、喷射燃烧法和电解共沉淀法等。化学法可以克服粉末冶金法的固相反应不易完善、粉末混合不均匀以及分离不易过细和原料的活性对产品性能影响很大的缺点，从而可以显著提高铁氧体材料的性能。其缺点是成本较高，工艺相对比较复杂。溶剂热法是水热法的发展，它与水热法的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水。在溶剂热反应中，通过把一种或几种前驱体溶解在非水溶剂，在液相或超临界条件下，反应物分散在溶液中并且变的比较活泼。该过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。在溶剂热法反应过程中，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，而且，产物的分散性较好。在溶剂热条件下，溶剂的性质(密度、粘度、分散作用)相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大。本专利技术正是利用溶剂对磁性离子及粒子迁移的阻力、磁性粒子间的偶极相互作用力以及外磁场力之间的协同效应，实现铁氧体的溶剂热法制备，同时，实现制备磁性晶粒大小与形貌特征的调控。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有磁性铁氧体制备过程中所存在的各种缺陷，通过磁场辅助溶剂热法实现铁氧体的制备，同时，通过改变外加磁场强度，实现制备磁性晶粒大小与形貌特征的调控。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法，步骤如下：①、溶剂预处理将适量油酸、油胺和二苄醚混合均匀，梯度升温保持去除溶液中的水或酒精，然后待溶液自然冷却至室温后，作为制备MFe2O4(M＝Co、Ni、Zn)铁氧体的溶剂；②、利用铁以及金属M(M＝Co、Ni、Zn)的乙酰丙酮盐作为MFe2O4(M＝Co、Ni、Zn)铁氧体制备的原材料，按照化学计量比称取铁以及金属M(M＝Co、Ni、Zn)的乙酰丙酮盐，与步骤①预处理后的溶剂均匀混合后倒入烧杯中，将烧杯放入哈氏合金反应釜的聚四氟乙烯内衬里面，同时，在聚四氟乙烯内衬内部置于烧杯的下方放置有磁铁；③、向聚四氟乙烯内衬的外侧倒入预处理后的溶剂作为传热介质，加热反应釜进行溶剂热法反应，反应结束后生成的沉淀物用酒精洗涤若干次，经干燥后获得MFe2O4(M＝Co、Ni、Zn)铁氧体样品。作为优选技术方案，步骤①中溶剂预处理具体步骤为：将油酸(OA)、油胺(OAM)和二苄醚(BE)按照1：1：4的体积比例放入三口烧瓶中，30℃下磁力搅拌0.5h使溶液混合均匀，加热至120℃保温0.5h去除溶液中的水或酒精，通入高纯N2保护后加热至200℃保温1h，最后加热到290℃保温0.5h；待溶液自然冷却至室温后，作为制备MFe2O4(M＝Co、Ni、Zn)铁氧体的溶剂。作为优选技术方案，步骤③中加热反应釜进行溶剂热法反应的温度为200℃，反应时间为6h。作为优选技术方案，放置磁铁控制反应釜内磁场强度为5～1200Gs。本专利技术还提供了一种铁氧体磁性晶粒大小与形貌特征调控方法，基于前述磁场辅助溶剂热合成方法，通过溶剂对磁性离子及粒子迁移的阻力、磁性粒子间的偶极相互作用力以及外磁场力之间的协同效应，实现制备铁氧体的磁性晶粒大小与形貌特征的调控。具体地，改变反应釜内合成磁场强度是通过增减反应釜内磁铁数量实现梯度磁场的构建。增减反应釜内磁铁数量时，通过增减磁铁下方的聚四氟乙烯圆片以调节不同磁铁数量时，顶部磁铁平面等高。本专利技术通过三种具有不同磁性质铁氧体CoFe2O4、NiFe2O4和ZnFe2O4的磁场辅助溶剂热合成与磁性质研究，观察到的现象如下：由纳米粒子构成的组装体形貌与尺寸依赖于在合成温度及磁场下铁氧体磁化强度大小；原理上来说，依赖于溶剂对磁性离子及粒子迁移的阻力、磁性粒子间的偶极相互作用力以及外磁场力之间的协同效应。改变合成磁场大小，可以制得单畴临界尺寸和超顺磁临界尺寸的磁粒子。特别地，对于各向异性较强的CoFe2O4，合成磁场能在很宽的范围(213Oe～11500Oe)调控其矫顽力；10K时的剩磁比由0.64增加至0.75。合成磁场主要通过调控粒子大小与粒子表面自旋对磁性质产生影响。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法，其特征在于，步骤如下：/n①、溶剂预处理/n将适量油酸、油胺和二苄醚混合均匀，梯度升温保持去除溶液中的水或酒精，然后待溶液自然冷却至室温后，作为制备MFe

【技术特征摘要】
1.一种磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法，其特征在于，步骤如下：
①、溶剂预处理
将适量油酸、油胺和二苄醚混合均匀，梯度升温保持去除溶液中的水或酒精，然后待溶液自然冷却至室温后，作为制备MFe2O4(M＝Co、Ni、Zn)铁氧体的溶剂；
②、利用铁以及金属M(M＝Co、Ni、Zn)的乙酰丙酮盐作为MFe2O4(M＝Co、Ni、Zn)铁氧体制备的原材料，按照化学计量比称取铁以及金属M(M＝Co、Ni、Zn)的乙酰丙酮盐，与步骤①预处理后的溶剂均匀混合后倒入烧杯中，将烧杯放入哈氏合金反应釜的聚四氟乙烯内衬里面，同时，在聚四氟乙烯内衬内部置于烧杯的下方放置有磁铁；
③、向聚四氟乙烯内衬的外侧倒入预处理后的溶剂作为传热介质，加热反应釜进行溶剂热法反应，反应结束后生成的沉淀物用酒精洗涤若干次，经干燥后获得MFe2O4(M＝Co、Ni、Zn)铁氧体样品。


2.如权利要求1所述磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法，其特征在于，步骤①中溶剂预处理具体步骤为：将油酸(OA)、油胺(OAM)和二苄醚(BE)按照1：1：4的体积比例放入三口烧瓶中，30℃下磁力搅拌0.5h使溶液混合均匀，加热至120℃保温0.5h去除溶液中的水或酒精，通入高纯N2保护后加热至200℃保温1h，最后加热到290℃保温0.5h；待溶液自然冷却至室温后，作为制备MFe2O4(M＝Co、Ni、Zn)铁氧体的溶剂。


3.如权利要求1所述磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法，其特征在于，步骤③中加热反应釜进行溶剂热法反应的温度为200℃，反应时间为6h。


4.如权利要求1或2或3所述磁场辅助溶剂热合成铁氧体的方法，其特征在于，放置磁铁控制反应釜内磁场强...

【专利技术属性】
技术研发人员：马永青，张贤，王敏，饶瑞，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34