Fe3O4的電學性質分析

文/鄧紫蕓，湖南省地質中學

Fe3O4為地心中較為重要的組成部分之一，不僅可作為磁性材料使用，更可作為新興功能材料投入到各行業中。迄今為止， 已有多名研究人員對Fe3O4展開研究，主要針對Fe3O4的電學性質進行分析，試圖發現是否能夠根據此類性質將其使用于更多領域。但問題亦隨之出現，Fe3O4處于有氧環境下易受氧化，轉變過程中磁性大幅度下降，為保證分析過程中Fe3O4不受外界因素影響，性質分析中以β-CD作為輔助道具進行電學分析。

1 電學性質分析方式

電學性質分析過程中，首先應制備電極，制備過程與步驟如下：首先應于金剛石表面鍍一層Al2O5膜，作為絕熱層，其可較大程度地保障樣品絕熱，有效防止熱量因其他因素散失。隨后于Al2O5膜上鍍一層鉬膜，刻制互不聯通部分。電極間間距皆為50μm。此類手段基于范德堡原理，主要采取調節模板的方式改變電極寬度，使電極受到保護。

電導率測量過程中，將實驗裝置通電，測量電壓值。隨后更換端口展開測量，再次測量相關數據，測量電壓的同時需注意測量中樣品的厚度，獲取較為有效的數據后，可利用范德堡公式計算出樣品電阻率，分析其電學性質。采用范德堡公式測量電阻的方式中，主要誤差來源于樣品的形狀與厚度，實驗中應注意此類因素，使誤差盡可能減小，獲得詳實有效的數據。

2 分析結果與討論

本次試驗針對Fe3O4的電學性質展開分析，采取將其置于高壓情況下的手段測試其電學性質及相關參數。經實驗證明，Fe3O4經β-CD的保護后，其電學性質較為良好，電導率隨壓力上升逐漸發生變化，此類變化成勻速傾向，與壓力大小成正比。當數值處于17.0 GPa時，其值隨常壓電導率發生突變，隨后電導率與壓力共同發生轉變，以電流傳輸結束為止。

Fe3O4的電學性質分析實驗中，卸壓實驗中電導率的變化與加壓過程中的變化具有較大差距，電導率無突變現象，且卸壓后對Fe3O4進行測試，其電導率較初始階段所測試數值高2.7數量級。此類現象經多次實驗，結合相關文獻表述后確定為不可逆轉變。對此類狀況展開分析，將卸壓后的電導率與試驗初期材料的電導率進行對比，可發現Fe3O4的電導率與壓力有關，但不同于上文所述，其增加雖隨壓力增加，但并無相關規律可循。同時，升壓狀態中Fe3O4的能帶中出現較多缺陷能級，此類缺陷能級狀態有利于能量傳導，使電導率隨壓力增加。所以可判定，實驗中Fe3O4載壓能力與壓力有關，電學性質于不受影響的情況下較為優越，經一系列試驗后，可將其確認為半導體性質的電學材料。

3 Fe3O4電學性質應用

利用Fe3O4的電學性質，可將其應用于不同領域。下文將針對目前應用較廣的納米級Fe3O4進行分析，描述迄今為止的技術手段中F e3O4的具體應用。

3.1 生物醫藥

生物醫藥領域中，免疫磁性微球為納米級Fe3O4與高分子骨架材料支撐的生物醫用材料，此類高分子材料具有性質穩定、生物兼容性較高、高強度、無毒等優點，并因此特性被使用于各類醫學治療手段中，如可夠有效對磁共振成像、磁分離、靶向藥物載體等方面切實做出貢獻。除此以外，其對X光的成像方面亦有貢獻。目前造影劑中已使用此類材料，較以往模式下的X光成片更清晰，可較為細致地觀察患者病理部位。

3.2 磁性液體

磁性液體的本質為眾多納米級微粒，Fe3O4作為其中適用范圍較廣、造價成本較低的材料目前已廣泛應用于磁性液體制備中。此類磁性液體能夠有效應用于選礦技術、阻尼裝置等精密技術中，可加速設備運轉，延長設備壽命，使設備與較極端狀況（如強磁、強電、重力場中）中亦可使用。

3.3 催化劑載體

Fe3O4微粒的電學性能優良，工業反應中常以其作為催化劑進行生產與加工。如制取氨氣的過程中即由此類材料作為催化劑，Fe3O4微粒的材料尺寸小、表面較為粗糙，實際面積大于同等狀況下的其他材質微粒，可有效產生反應并加大反應接觸面。同時，使用此類材料作為催化劑載體，催化劑覆于材料表面時不發生反應，且不會與材料進行融合，既保障催化劑性能有效發揮，更節省催化劑的使用，降低成本，從而間接促進效益提升。

4 結束語

Fe3O4作為一種磁性材料，其電學性質決定其具有較為廣泛的應用范圍。本文針對該材料展開電學分析，通過實驗證實其電學性能較為良好，可切實使用此類材料應用于各個領域中。隨即本文對該材料的實際應用展開分析，對其應用范圍進行闡述。現階段此類材料的應用遠不止此，隨科技發展、技術進步，制備技術亦會達到新的高度，未來發展中，此類材料還將應用于更多領域，提高各類技術的實施水平。