溶胶凝胶法制备锶铁氧体纳米粉体的研究

溶胶一凝胶法制备锶铁氧体纳米粉体的研究摘自：稀有金属材料与工程日期：2008年5月StudyonDopedSrFerriteNanoparticlesSynthesizedbySol—GelMethod铁氧体纳米粉体的合成方法固相反应法共沉淀法水热合成法溶胶凝胶法固相反应法缺点：研磨介质会产生金属杂质污染湿化学法优点：溶液中原料在反应过程的早期阶段就可达到分子水平的混合，导致组成更均匀和晶粒更小的复杂铁氧体粉体。与固相反应法制备的产物相比，这样制得的复杂铁氧体材料的磁学和电磁性质能更好。湿化学法溶胶凝胶法简介溶胶-凝胶法制备粉体过程是将所需组成的前驱体溶剂和水配成混合溶液，经水解、缩聚反应形成透明溶胶，并逐渐凝胶化，再经过干燥，热处理后，即可获得所需粉体材料。溶胶-凝胶技术的特点是：用液体化学试剂或溶胶为原料，反应物在液相下均匀混合并进行反应，生成稳定的溶胶体，放置一定时间后转变为凝胶，其中含有大量液相，可借助蒸发除去液体介质。优点：增进多元组分体系的均匀性，均匀度可达分子或原子尺度；反应过程易于控制；不同的工艺过程，同一原料可用于不同制品；可制得表面积很大的凝胶或粉体。溶胶-凝胶法制备纳米粉体材料的过程铁氧体溶胶—凝胶制备过程Fe(N03)3﹡9H20Sr(N03)2其他无机盐去离子水混合溶液（CFe3+=1mol/L）加入A同时搅拌澄清溶液加入B同时搅拌澄清溶液加入C调pH为6.5澄清的棕绿色溶胶室温放置约2d加热至100℃搅拌棕黄色溶胶加热至200℃疏松的粉灰高温烧结2—3h铁氧体粉体A:柠檬酸B：钛酸丁酯C:氨水影响溶胶-凝胶过程的因素1

溶剂的选择①不同的溶剂形成的溶胶，溶胶向凝胶转化的时间，即胶凝时间有很大的差别，得到的粉体粒径也稍有不同。②溶剂的饱和蒸气压高，易挥发，则干燥速度快，但也容易引起凝胶开裂。③溶剂的表面张力是决定凝胶内毛细管力大小的一个因素，因而也对凝胶的开裂有影响。2加水量的影响研究表明：加水量对醇盐水解缩聚物的结构有重要的影响。加水量少，醇盐分子被水解的烷氧基团少，水解的醇盐分子间的缩聚易形成低交联度的产物，反之则易于形成高度联交的产物。3pH值的影响为调整溶胶的pH值而加入的酸或碱实际上起催化剂的作用。由于催化机理不同，对同一种醇盐的水解缩聚，酸催化和碱催化往往产生结构和形态不同的水解产物。催化剂的加入量也很重要。如Ti(OC4H9)4的水解速度很快，加水时很容易生成沉淀，但加入足量盐酸，使溶液保持一定的值，即使将所需的水量一次加入，也能获得稳定的溶胶。4

陈化时间的影响凝胶在陈化的过程中，由于粒子接触时的曲率半径不同，导致它们的溶解度产生区别。另外，在陈化过程中凝胶还会发生Ostward熟化，即大小粒子因溶解度的不同而造成的平均粒径的增加。陈化时间过短，颗粒尺寸分布不均匀；时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构，因此陈化时间的选择对粉体的微观结构非常重要。随陈化时间的增加，在一段时间以内，粒子缓慢生长，随陈化时间的延长，粉体的粒径显著增大。5煅烧温度的影响

煅烧目的：在干凝胶中含有化学吸附的羟基和烷基团，还有物理吸附的有机溶剂和水须通过煅烧过程来除去，另外，通过煅烧可使粉料的可使粉料的相组成满足要求。

煅烧过程中的反应：加热过程中，干凝胶先在低温下脱去吸附在表面的水和醇，约在265～300℃发生－OR基的氧化，300℃以上则脱去结构中的－OH基。注意事项：由于各种气体(CO2、H2O、ROH)的释放，加之－OR基在非充分氧化时还可能碳化，在制品中留下碳质颗粒，所以升速率不宜过快。8粉体团聚问题团聚现象的产生：随着粉体的不断微细化，颗粒间表面作用力的增强将导致团聚体的出现。分类：软团聚、硬团聚团聚的影响：团聚体含量高对烧结的阻碍作用就大，气孔率高；团聚体尺寸大则导致烧结体中缺陷尺寸相应增大。团聚体的大小、形状及分布状态等严重影响纳米粉体优越性的发挥，可降低烧结体的收缩率和陶瓷部件的致密性，而且团聚现象也会使烧结产品产生缺陷，从而导致烧结产品强度的降低，尤其是硬团聚体的存在，在陶瓷烧结时需要较高的烧结温度，恶化了烧结性，影响了烧结体的致密度和微观结构的均匀性及材料的高温性能。此外，粉体中的硬团聚体的存在还会直接影响到素坯的成型以及材料的烧结行为和微观结构，不利于实现陶瓷的低温烧结和晶粒细化。控制胶粒的聚集，形成充分分散的、少含包藏水和牢固吸附水的湿凝胶是制备少团聚体的纳米粉体的关键。防止聚集体生成的方法：1)利用破碎机或球磨机研磨粉体。2)利用有机溶剂脱水。3)添加表面活性剂。4)共沸蒸馏。5)改进工艺。6)超声波方法。结果与讨论柠檬酸(HOOCCH2C(OHXCOOH)CH2COOH)分子含有3个COOH基团和1个OH基团，当pH>3时，分子完全离子化．当pH>4，Sr2+能柠檬酸根络合形成S虻6H5锄。当pH值在2．7-7．5之问，Fc3+离子则络合形成Fe(C6I-150)，但当pH>7．5时则出现氢氧化物沉淀．其它金属离子在弱酸性条件下也可与柠檬酸根结合形成复杂络合物。虽然过渡金属离子的柠檬酸络合物可以在较宽的pH值下形成，但本文反应中pH值的选取主要取决锶络合物形成的pH值，因此，对本实验中所有金属离子柠檬酸盐络合物同时形成的优化pH值为扣7。且在该条件下有可能多个金属离子与1个柠檬酸分子络合，即柠檬酸分子在不同的金属离子之间起作。桥”的作用，因而提供了一个分子水平上混合的化学途径，特别是对掺杂的金属离子尤其重要。此外，NI-hOH能移去柠檬酸分子中的质子，导致更加容易形成络合物并提高先驱体硝酸盐的溶解度f91．结论以柠檬酸为络合剂，用无机盐为原料，制备了组成设计为SrTixCoxFe：02-h)019，SrNixCoxFe02-2x)019，SrZn。CoxFe02-2x、019(X=0～1．5mol％)的共掺铁氧体粉体。当Ti／Co共掺时，制备出了掺杂锶铁氧体SrTixCoxFe02-2z)019纳米晶粉体，晶粒的平均大小为30—50hill，经1100℃