低温燃烧合成NiZn1

低温燃烧合成NixZn1-xFe2O4超细粉体及物相分析x1-x24一、实验目的了解低温燃烧合成超细粉体的原理及方法2.熟悉sol-gel的制备过程3、学习无机非金属材料的物相结构分析方法，学习XRD的操作和分析。二、实验原理低温燃烧合成（LCS）是相对于自蔓延高温合成（SHS）而提出的一种新型材料制备技术，其主要过程是将可溶性金属盐（主要是硝酸盐）与燃料（如尿素、柠檬酸、氨基乙酸等）溶入水中，然后将溶液迅速加热直至溶液发生沸腾、浓缩、冒烟和起火，整个燃烧过程可在数分钟内结束。其产物为疏松的氧化物粉体。LCS初始点火温度低，且能在分子水平上混合前驱体液各组分，可合成用SHS技术难以合成的多组元纳米级氧化粉体，因此近年来得到了广泛的重视。LCS技术基于氧化-还原反应原理，其中硝酸盐（硝酸根离子）为氧化剂；同时，溶液中有机燃料还充当了络合剂的作用，有效地保证了各相组元发生外爆炸式的氧化还原热反应，产生的大量热量促使产物以晶相形成，产生的大量气体使得产物存在大量的气孔，最终有利于高洁性纳米粉体的形成。本实验是采用柠檬酸盐法制备sol-gel，从而得到的gel进行LCS反应。溶胶-凝胶（sol-gel法）合成工艺的基本理论溶胶-凝胶法是20世纪60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺。其基本原理是：将金属醇盐或无机盐经过水解形成溶胶，或经过解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧，去除有机成分，最后得到无机材料。溶胶-凝胶法包括以下几个步骤：第一步为溶胶的制备第二步为凝胶化第三步为凝胶的干燥柠檬酸盐法实质上是金属螯合凝胶法，其基本过程是在制备前驱液时加入螯合剂，如柠檬酸或EDTA，通过可溶性螯合物的形成减少前驱液中的自由离子，通过一系列实验条件，如溶液的PH值、温度和浓度的控制，移去溶剂后形成凝胶。但柠檬酸作为络合剂并不适合所有金属离子，且所形成的络合物凝胶相当易潮解。无机盐在水中的化学现象很复杂，可通过水解和缩聚反应生成许多分子产物。根据水解程度的不同，金属阳离子可能与三种配位体（H20）、（0旺）和（02-）结合。决定水解程度的重要因素包括阳离子的电价和溶液的PH值。水解后的产物通过羟基桥（M-OH-M）或氧桥（M-O-M）发生缩聚进而聚合。但许多情况下水解反应比缩聚反应快得多，往往形成沉淀而无法形成稳定的凝胶。成功合成稳定的凝胶的关键是要减慢水或水-氢氧络物的水解率，制备出稳定的前驱体液。在溶液中加入有机螯合剂Am-替换金属水化物中的配位水分子，生成新的前驱体液，其化学活性得到显著的改变.三、 实验药品及仪器实验药品：柠檬酸,C6H8O7H2O；氨水,NH4OH；硝酸锌,Zn（NO3）2；硝酸镍,Ni（NO3）2；硝酸铁，Fe（NO3）3；去离子水,H2O实验仪器：烧杯若干；量筒若干；分析天平；滴管；磁力搅拌器；蒸发皿；烘箱；X射线衍射仪四、 实验过程（一）样品制备的流程图制备工艺流程图（二）实验步骤1、配料计算：溶胶-凝胶法所需原料均为硝酸盐，注意，在计算时不要损失硝酸盐本身带的结晶水。实验所制物质为NixZn1-xFe2O4（x=0,0.2,0.5,0.8,1）,通过此按化学计量计算实验中所需药品的质量。原料中柠檬酸与金属离子的摩尔比控制在2-3之间。2、制备混合溶液：分别将硝酸锌和硝酸铁溶解，配置成2mol/L的溶液，将Zn（NO3）2溶液缓慢加入到Fe（NO3）3的混合溶液中，不断搅拌，使混合均匀。按照柠檬酸与硝酸盐混合液中金属离子总摩尔数分子摩尔数之比2-3称量所需柠檬酸。称取的柠檬酸加入到混合液中，搅拌20min使之混合均匀。将混合液放在磁力搅拌器上边搅拌边加热，温度为70-80°C,让水分缓慢蒸干,溶胶的浓度逐渐加大，待到液体呈粘稠状，停止反应，形成溶胶。将上述溶胶放入烘箱中烘10小时，箱内温度为110C制成凝胶。将制得的干凝胶取出在蒸发皿中点火使之自发燃烧，最好得到产品（分别标注为1-5号）。最后将得到的产品进行XRD测试，分析产品的物相组成，对比1-5号产品XRD谱图的差异，分析原因，计算各产品的晶胞参数。五、1、物相分析确定晶系和物相。2、衍射峰偏移情况样品主峰1位置（度）峰2位置（度）偏移值ZnFe2O4Ni0.3Zn0.7Fe2O4Ni0.7Zn0.3Fe2O43、晶胞参数的计算立方晶系：a~2\―sm2&—4、晶粒大小的计算谢乐公式：d二尺九Bcos0其中K为Scherrer常数，其值为0.89；d为晶粒尺寸（nm）；B为积分半高宽度，在计算的过程中，需转化为弧度（rad）；0为衍射角；九为X射线波长，为0.154056nm

表1：产品的基本参数和晶粒大小样品晶胞参数大小（