棒狀納米鋇鐵氧體的制備及鑭摻雜對其性能的影響

摘 要：本文簡要分析了該物質的制備方式，同時從形貌分析以及物象分析兩方面探討了鑭摻雜對該物質性能方面的影響，以期深入探究鑭摻雜對棒狀納米鋇鐵氧體的影響，提高其自身性能。

關鍵詞：棒狀納米鋇鐵氧體；制備；鑭摻雜；影響

鋇鐵氧體是永磁鐵氧體中的代表之一，由于其具備良好的矯頑力，且其飽和化強度較高。因此大量用于微波、永磁材料以及電磁波吸收體。與此同時，其也可以作為磁記錄介質。上述磁性材料自身所具備性能不僅會受到純度的影響，其顆粒規格以及形狀同樣會影響材料性能。

經研究發現，通過摻雜鑭元素，能夠有效提高磁性材料的性能。所以，探討鑭元素對棒狀納米鋇鐵氧體的影響有利于擴展其應用范圍。

一、實驗過程

實驗所用原料以純硝酸鋇、硝酸鐵、檸檬酸以及硝酸鑭為主，按照預計產物BalaxFe11-xO19（x=0，0.3）所具有的化學計量比，通過蒸餾水溶解硝酸鋇、硝酸鑭以及硝酸鐵，同時添加部分檸檬酸以及聚乙二醇（PEG），之后使其充分融合，并使用氨水對pH值進行調節，直至將pH控制于適當范圍。以緩慢蒸發的方式令溶液逐漸轉變為濃稠狀的溶膠，最終成為凝膠。

此后，將所得凝膠放置于溫度為120℃的環境之下進行干燥，獲取干凝膠，使用乙醇將干凝膠淹沒，并于空氣當中引燃，干凝膠便會出現呈蔓延狀態的自燃燒現象，形成樹枝形狀的蓬松體產物。將該產物研磨，同時混勻，于不同溫度下進行煅燒，便可獲取顏色為棕褐色的粉末。

二、制備棒狀納米鋇鐵氧體的最佳條件

實驗人員進行實驗時，利用對前驅物pH值、煅燒干凝膠所用溫度以及煅燒所用時間進行調節，可得出如下結論：若不變更其他條件，在該前提下，將pH值控制為0.5時，樣品所呈現的性狀為超納米級的粒子狀。將pH值控制為7時，所獲取的樣品中存在部分棒狀物，但分布并不均勻。而當pH值被控制于4時，所獲得的樣品存在純凈且均勻的棒狀物。

不僅如此，將在pH值為4這一條件下所制取的干凝膠，分別以燃燒和煅燒的方式進行處理，通過分析所獲取樣品的TEM結果，可以了解，若只是通過燃耗的方式對干凝膠進行處理，卻不進行煅燒，所獲取樣品的粒子形態為六角形。

而使用煅燒的方式對干凝膠進行處理，一個小時之后，所獲取樣品存在許多細微棒狀物。兩個小時之后，樣品中出現清晰且分布均勻的棒狀物。

除此以外，隨著煅燒時間的不斷延長，棒狀顆粒所具有的長徑比也相應縮小。若煅燒所用時間多于三個小時，則棒狀物停止出現，隨之形成的是六角形粒狀樣品的出現。

三、鑭摻雜對棒狀納米鋇鐵氧體性能的影響

（一）形貌方面

鑭摻雜會對棒狀納米鋇鐵氧體的形貌產生一定影響，為摻雜鑭元素的鋇鐵氧體，其形貌方面如下：將定量表面活性劑添加與出示溶液當中，使得溶液的pH值達到4左右，燃燒干凝膠之后，再將干凝膠放置于溫度為850℃的環境下進行煅燒，兩個小時之后便能得到TEM照片，從而了解鋇鐵氧體納米粉體樣品的實際狀況。

此時，樣品中存在清晰的棒狀物，且分散極為均勻，基本不存在聚團現象。通常情況下，其直徑長為50nm，總長為300nm左右，長度與直徑的比例值為6∶1。

摻雜鑭元素的鋇鐵氧體樣品形貌如下：在制備棒狀納米鋇鐵氧體最佳條件下，制取鑭摻雜鋇鐵氧體（Bala0.3Fe11.7O19）。通過對其TEM照片的分析，可以看出，處于相同植被條件下，摻雜有鑭元素的鋇鐵氧體同樣形成了棒狀物，且其寬度尚處于納米范圍當中。

相比鋇鐵氧體，鑭摻雜棒狀納米鋇鐵氧體所產生棒狀物分布并不均勻。出現這一現象的主要原因同添加的鑭元素半徑有極大關系，稀土粒子本身半徑值較大，難以進入鐵氧體晶格，導致晶格產生一定的形變。

（二）物相方面

通過對BaFe12O19的XRD進行分析，鋇鐵氧體未摻雜鑭元素時，晶面值的峰同JCPDF卡片39-1433（BaFe12O19）標準的衍射峰保持一致，只存在部分Fe2O3峰。

以樣品所達到的最強峰為例，按照Sherrer公式進行計算，d=0.89λ/βcosθ，對晶粒尺寸進行計算。該式子當中？姿表示X射線的整體波長。該實驗Cu靶的？姿取值為0.15418，？茁表示與114族方向相互垂直的半高寬。

通過對實驗結果分析，可知該峰半高寬取值為？茁=0.157°=

0.00273，該取值表示弧度。2？茲=34.09°。將該值代入公式當中可獲得：d=0.89×0.15418/0.00273×cos17.04=52m，結果與TEM分析所得結果基本相同。而摻鑭之后，相比鋇鐵氧體而言，摻鑭鐵氧體峰寬度明顯縮小，衍射強度有所增加。

由此可見，鑭元素的添加有益于加快鋇鐵氧體的形成速度，同時也能夠令Fe2O3轉變為鋇鐵氧體。

四、結語

鑭元素的添加對棒狀納米鋇鐵氧體性能的提高具有積極作用，同時還可以減少其形成所用的時間，從而擴大鋇鐵氧體的應用范圍。摻雜有鑭元素的鋇鐵氧體具有較高的實用價值以及良好的應用前景。

參考文獻：

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作者簡介：司媛（1995-），女，山東費縣人，沈陽師范大學化學化工學院化學教育專業。