【摘 要】
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纳米铁氧体不仅具有良好的磁性能,还具有磁热效应、高电阻率和低频损耗等特性,广泛地应用于传感器、变压器、光催化、废水处理和生物医学等领域。特别是在生物医学应用中,不仅需要考虑铁氧体颗粒的安全特性,还应考虑超顺磁性和良好的分散性,而铁氧体的粒径分布和磁性性能将会影响其在这些领域内的应用效果。稀土元素原子结构相似,拥有多样的电子能级及许多优异的光、电、磁等特性,在铁氧体中掺杂稀土元素,将会对铁氧体的结构
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纳米铁氧体不仅具有良好的磁性能,还具有磁热效应、高电阻率和低频损耗等特性,广泛地应用于传感器、变压器、光催化、废水处理和生物医学等领域。特别是在生物医学应用中,不仅需要考虑铁氧体颗粒的安全特性,还应考虑超顺磁性和良好的分散性,而铁氧体的粒径分布和磁性性能将会影响其在这些领域内的应用效果。稀土元素原子结构相似,拥有多样的电子能级及许多优异的光、电、磁等特性,在铁氧体中掺杂稀土元素,将会对铁氧体的结构和电磁特性产生影响。本文使用化学共同沉淀法制备了稀土元素（Nd、Sm、Gd、Dy、Yb、Sc）掺杂纳米铁氧体,并对其结构和磁性性能进行了系统研究。通过X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体-原子发射光谱仪（ICP-AES）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）、综合物性测量系统（PPMS-9）等分析手段对铁氧体的结构和磁性能进行了表征,结果如下:（1）XRD结果表明沉淀法制备的所有镍锌、锰锌、钴锌样品均为立方尖晶石结构,为单相。由于稀土离子半径较大,当稀土离子进入铁氧体晶格后引发晶格膨胀,导致平均晶粒尺寸增大。TEM结果表明Ni0.5Zn0.5Gd0.07-Fe1.93O4(NZGd0.07F)平均粒径为13.9 nm,Mn0.5Zn0.5Dy0.02Fe1.98O4(MZDy0.02F)平均粒径为10.71 nm,Co0.5Zn0.5Sc0.05Fe1.95O4(CZSc0.05F)的平均粒径7.8 nm,均大于XRD的计算值。（2）红外光谱证实了铁氧体尖晶石结构中金属氧化物的形成。分别在419 cm-1和570 cm-1左右显示RE-O、Me-O和Fe-O的八面体和Fe-O和Zn-O的四面体本征拉伸振动。采用ICP-AES法测定了铁氧体中镍、锰、钴、锌、铁、稀土元素的含量,所测得的金属离子含量与理论一致。（3）镍锌铁氧体、锰锌铁氧体和钴锌铁氧体的M-H曲线显示合成的稀土掺杂铁氧体具有超顺磁性。Sc、Dy、Yb稀土元素掺杂后的磁化强度高于Nd、Gd、Sm稀土元素掺杂的铁氧体。CZYb0.02F具有最高饱和磁化强度为44.57 emu/g。稀土掺杂后的铁氧体粒径变大,矫顽力也随之增加。（4）镍锌铁氧体、锰锌铁氧体和钴锌铁氧体的M-T曲线显示随着温度升高,磁性降低。钴锌铁氧体中CZSc0.05F磁性随温度变化最大,热磁系数KT从0.09 emu/g K增加至0.21 emu/g K。在0-100℃内,热磁系数KT保持在0.15 emu/g K。通过油酸钠表面改性后的CZSc0.05F粒径为8.8 nm,饱和磁化强度为34.46 emu/g,可用于制备温度敏感铁磁流体。用于热交换器、磁热疗、开关等接近室温的场合。
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