溶膠凝膠法制備鍶鐵氧體納米粉體的研究

溶膠一凝膠法制備鍶鐵氧體納米粉體的研究摘自：稀有金屬材料與工程日期：2008年5月StudyonDopedSrFerriteNanoparticlesSynthesizedbySol—GelMethod鐵氧體納米粉體的合成方法固相反應(yīng)法共沉淀法水熱合成法溶膠凝膠法固相反應(yīng)法缺點：研磨介質(zhì)會產(chǎn)生金屬雜質(zhì)污染濕化學法優(yōu)點：溶液中原料在反應(yīng)過程的早期階段就可達到分子水平的混合，導致組成更均勻和晶粒更小的復雜鐵氧體粉體。與固相反應(yīng)法制備的產(chǎn)物相比，這樣制得的復雜鐵氧體材料的磁學和電磁性質(zhì)能更好。濕化學法溶膠凝膠法簡介溶膠-凝膠法制備粉體過程是將所需組成的前驅(qū)體溶劑和水配成混合溶液，經(jīng)水解、縮聚反應(yīng)形成透明溶膠，并逐漸凝膠化，再經(jīng)過干燥，熱處理后，即可獲得所需粉體材料。溶膠-凝膠技術(shù)的特點是：用液體化學試劑或溶膠為原料，反應(yīng)物在液相下均勻混合并進行反應(yīng)，生成穩(wěn)定的溶膠體，放置一定時間后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，其中含有大量液相，可借助蒸發(fā)除去液體介質(zhì)。優(yōu)點：增進多元組分體系的均勻性，均勻度可達分子或原子尺度；反應(yīng)過程易于控制；不同的工藝過程，同一原料可用于不同制品；可制得表面積很大的凝膠或粉體。溶膠-凝膠法制備納米粉體材料的過程鐵氧體溶膠—凝膠制備過程Fe(N03)3﹡9H20Sr(N03)2其他無機鹽去離子水混合溶液（CFe3+=1mol/L）加入A同時攪拌澄清溶液加入B同時攪拌澄清溶液加入C調(diào)pH為6.5澄清的棕綠色溶膠室溫放置約2d加熱至100℃攪拌棕黃色溶膠加熱至200℃疏松的粉灰高溫燒結(jié)2—3h鐵氧體粉體A:檸檬酸B：鈦酸丁酯C:氨水影響溶膠-凝膠過程的因素1

溶劑的選擇①不同的溶劑形成的溶膠，溶膠向凝膠轉(zhuǎn)化的時間，即膠凝時間有很大的差別，得到的粉體粒徑也稍有不同。②溶劑的飽和蒸氣壓高，易揮發(fā)，則干燥速度快，但也容易引起凝膠開裂。③溶劑的表面張力是決定凝膠內(nèi)毛細管力大小的一個因素，因而也對凝膠的開裂有影響。2加水量的影響研究表明：加水量對醇鹽水解縮聚物的結(jié)構(gòu)有重要的影響。加水量少，醇鹽分子被水解的烷氧基團少，水解的醇鹽分子間的縮聚易形成低交聯(lián)度的產(chǎn)物，反之則易于形成高度聯(lián)交的產(chǎn)物。3pH值的影響為調(diào)整溶膠的pH值而加入的酸或堿實際上起催化劑的作用。由于催化機理不同，對同一種醇鹽的水解縮聚，酸催化和堿催化往往產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和形態(tài)不同的水解產(chǎn)物。催化劑的加入量也很重要。如Ti(OC4H9)4的水解速度很快，加水時很容易生成沉淀，但加入足量鹽酸，使溶液保持一定的值，即使將所需的水量一次加入，也能獲得穩(wěn)定的溶膠。4

陳化時間的影響凝膠在陳化的過程中，由于粒子接觸時的曲率半徑不同，導致它們的溶解度產(chǎn)生區(qū)別。另外，在陳化過程中凝膠還會發(fā)生Ostward熟化，即大小粒子因溶解度的不同而造成的平均粒徑的增加。陳化時間過短，顆粒尺寸分布不均勻；時間過長，粒子長大、團聚，不易形成超細結(jié)構(gòu)，因此陳化時間的選擇對粉體的微觀結(jié)構(gòu)非常重要。隨陳化時間的增加，在一段時間以內(nèi)，粒子緩慢生長，隨陳化時間的延長，粉體的粒徑顯著增大。5煅燒溫度的影響

煅燒目的：在干凝膠中含有化學吸附的羥基和烷基團，還有物理吸附的有機溶劑和水須通過煅燒過程來除去，另外，通過煅燒可使粉料的可使粉料的相組成滿足要求。

煅燒過程中的反應(yīng)：加熱過程中，干凝膠先在低溫下脫去吸附在表面的水和醇，約在265～300℃發(fā)生－OR基的氧化，300℃以上則脫去結(jié)構(gòu)中的－OH基。注意事項：由于各種氣體(CO2、H2O、ROH)的釋放，加之－OR基在非充分氧化時還可能碳化，在制品中留下碳質(zhì)顆粒，所以升速率不宜過快。8粉體團聚問題團聚現(xiàn)象的產(chǎn)生：隨著粉體的不斷微細化，顆粒間表面作用力的增強將導致團聚體的出現(xiàn)。分類：軟團聚、硬團聚團聚的影響：團聚體含量高對燒結(jié)的阻礙作用就大，氣孔率高；團聚體尺寸大則導致燒結(jié)體中缺陷尺寸相應(yīng)增大。團聚體的大小、形狀及分布狀態(tài)等嚴重影響納米粉體優(yōu)越性的發(fā)揮，可降低燒結(jié)體的收縮率和陶瓷部件的致密性，而且團聚現(xiàn)象也會使燒結(jié)產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷，從而導致燒結(jié)產(chǎn)品強度的降低，尤其是硬團聚體的存在，在陶瓷燒結(jié)時需要較高的燒結(jié)溫度，惡化了燒結(jié)性，影響了燒結(jié)體的致密度和微觀結(jié)構(gòu)的均勻性及材料的高溫性能。此外，粉體中的硬團聚體的存在還會直接影響到素坯的成型以及材料的燒結(jié)行為和微觀結(jié)構(gòu)，不利于實現(xiàn)陶瓷的低溫燒結(jié)和晶粒細化?？刂颇z粒的聚集，形成充分分散的、少含包藏水和牢固吸附水的濕凝膠是制備少團聚體的納米粉體的關(guān)鍵。防止聚集體生成的方法：1)利用破碎機或球磨機研磨粉體。2)利用有機溶劑脫水。3)添加表面活性劑。4)共沸蒸餾。5)改進工藝。6)超聲波方法。結(jié)果與討論檸檬酸(HOOCCH2C(OHXCOOH)CH2COOH)分子含有3個COOH基團和1個OH基團，當pH>3時，分子完全離子化．當pH>4，Sr2+能檸檬酸根絡(luò)合形成S虻6H5鋤。當pH值在2．7-7．5之問，F(xiàn)c3+離子則絡(luò)合形成Fe(C6I-150)，但當pH>7．5時則出現(xiàn)氫氧化物沉淀．其它金屬離子在弱酸性條件下也可與檸檬酸根結(jié)合形成復雜絡(luò)合物。雖然過渡金屬離子的檸檬酸絡(luò)合物可以在較寬的pH值下形成，但本文反應(yīng)中pH值的選取主要取決鍶絡(luò)合物形成的pH值，因此，對本實驗中所有金屬離子檸檬酸鹽絡(luò)合物同時形成的優(yōu)化pH值為扣7。且在該條件下有可能多個金屬離子與1個檸檬酸分子絡(luò)合，即檸檬酸分子在不同的金屬離子之間起作。橋”的作用，因而提供了一個分子水平上混合的化學途徑，特別是對摻雜的金屬離子尤其重要。此外，NI-hOH能移去檸檬酸分子中的質(zhì)子，導致更加容易形成絡(luò)合物并提高先驅(qū)體硝酸鹽的溶解度f91．結(jié)論以檸檬酸為絡(luò)合劑，用無機鹽為原料，制備了組成設(shè)計為SrTixCoxFe：02-h)019，SrNixCoxFe02-2x)019，SrZn。CoxFe02-2x、019(X=0～1．5mol％)的共摻鐵氧體粉體。當Ti／Co共摻時，制備出了摻雜鍶鐵氧體SrTixCoxFe02-2z)019納米晶粉體，晶粒的平均大小為30—50hill，經(jīng)1100℃