CN102649639B - 尖晶石型铁氧体纳米粉体的水热制备法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及尖晶石型铁氧体纳米粉体的水热制备法，选用六水硝酸锌[Zn(NO3)3•6H2O]、六水硝酸钴[Co(NO3)2•6H2O]、六水氯化镍[NiCl2•6H2O]、九水硝酸铁[Fe(NO3)3•9H2O]为原料,氨水[NH3•H2O]、乙醇胺[C2H7NO]为矿化剂。本发明采用氨水和乙醇胺作为矿化剂，所制备的材料的粒子呈球形，大小均匀，粒径约几十纳米，分散性良好。所采用的水热制备方法操作简单、成本低廉，对尖晶石型铁氧体作为一种性能优良的重要工业软磁材料和催化剂,广泛应用于电子、通讯和化工行业具有重要意义。

Description

尖晶石型铁氧体纳米粉体的水热制备法
技术领域
本发明涉及尖晶石型铁氧体纳米粉体的水热法制备，属于纳米粉体制备技术领域。
背景技术
尖晶石型铁氧体(MeFe2O4, M为金属离子Co2+, Zn2+，Mn2+, Ni2+等)作为一类重要的功能材料, 广泛应用于电子、通讯和化工行业。现在的器件都向微型化发展，对尖晶石型铁氧体性能的要求也越来越高，用传统的陶瓷工艺制备尖晶石型铁氧体材料已不能满足高性能材料的要求。传统的陶瓷方法, 需要很高的温度和很长的反应时间, 而且伴随研磨, 这样不仅消耗大量的能源，而且容易导致杂质的产生。新型尖晶石型铁氧体粉体制备工艺要求确保粉体的物理、化学性能，降低生产过程中的能量损耗，保护环境，尽可能采用低温烧结。
化学法制备尖晶石型铁氧体在近几年引起了人们的广泛注意, 化学合成法制得的材料颗粒尺寸、形状、组分可控, 而且材料的性能可根据条件进行改善, 发展较快的制备纳米尖晶石型铁氧体的方法有溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、前驱体热解法、水热法、自蔓延燃烧法、微乳法和模板法等。其中水热合成法是材料在高温高压封闭体系的水溶液(或蒸汽等流体)中合成，再经分离和后处理而得到所需材料的方法。与其它方法相比, 水热法不需要高温烧结,合成温度较低,产物直接为晶态。当在恒温、恒压下反应时，容易生成结晶度高、粒度易控、形状比较规则的完美晶体。它具有步骤简洁, 制备的纳米材料团聚少, 颗粒直径小, 材料的晶化程度高等优点, 因而此法已被广泛应用于纳米铁氧体材料的制备。水热反应的特点是影响因素较多，如温度、压力、时间、浓度、酸碱度、物料种类、配比、填充度、填料顺序以及反应釜的性能等均对水热合成反应有影响。在微电子技术高速发展的今天，尖晶石型铁氧体的制备, 因存在工艺过程复杂, 条件难以控制, 成本高，不能确保物理、化学性能要求等问题，而面临新的机遇与挑战。
迄今为止，尚没有一种不使用强碱制备尖晶石型铁氧体的水热制备方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足和缺陷，而提供一种尖晶石型铁氧体纳米粉体的水热法制备。它具有步骤简洁, 制备的纳米材料团聚少, 颗粒直径小, 材料的晶化程度高等优点，便于获得性能优良的纳米材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：根据所要制备的具体种类的尖晶石型铁氧体，选择恰当的摩尔比配制溶液，然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至沉淀完全，最后在不锈钢反应釜中进行水热反应，获得尖晶石型铁氧体纳米粉体。
尖晶石型铁氧体水热法制备方法，具体包括以下步骤：
1、取Zn(NO3)2•6H2O，Co(NO3)2•6H2O，NiCl2•6H2O中的一种或两种，另取Fe(NO3)3•9H2O，将两者按恰当的摩尔比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液。
2、在上述透明且稳定的溶液中逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至沉淀完全，并将产物用去离子水离心清洗3次以上。
3、在上述清洗后的产物中加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行190℃--200℃下水热反应6小时。
4、将反应后的产物用去离子水进行离心清洗，即可获得尖晶石型铁氧体纳米粉体。
本发明采用水热法制备尖晶石型铁氧体纳米粉体，选用乙醇胺和氨水作为矿化剂，制备工艺操作简单。制备出的样品粒子呈球形，大小均匀，粒径约20nm左右，分散性良好。
附图说明
图1 为本发明实施例3制备出的CoFe2O4样品的X射线衍射图；
图2 为本发明实施例4制备出的CoFe2O4样品的透射电镜图片。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。以下实施例不构成对本发明的限定。
实施例1
将Zn(NO3)2•6H2O，Fe(NO3)3•9H2O按摩尔比1:2的比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液。然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至完全沉淀。将获得的产物用去离子水离心清洗3次。然后加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在190℃下水热反应6h, 将产物用去离子水离心清洗3次，即可获得纳米ZnFe2O4。
实施例2
将Zn(NO3)2•6H2O，Fe(NO3)3·9H2O按摩尔比1:2的比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液。然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至完全沉淀。将获得的产物用去离子水离心清洗3次。然后加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在200℃下水热反应6h, 将产物用去离子水离心清洗3次，即可获得纳米ZnFe2O4。
实施例3
将Co(NO3)2•6H2O，Fe(NO3)3•9H2O按摩尔比1:2的比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液。然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至完全沉淀。将获得的产物用去离子水离心清洗3次。然后加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在190℃下水热反应6h，将产物用去离子水离心清洗3次，即可获得纳米CoFe2O4。
实施例4
将Co(NO3)2•6H2O，Fe(NO3)3•9H2O按摩尔比1:2的比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液。然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至完全沉淀。将获得的产物用去离子水离心清洗3次。然后加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在200℃下水热反应6h，将产物用去离子水离心清洗3次，即可获得纳米CoFe2O4。
实施例5
将NiCl2•6H2O, Zn(NO3)3•6H2O, Fe(NO3)3•9H2O按摩尔比0.5:0.5:2的比例完全溶于去离子水中，然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至完全沉淀。将获得的产物用去离子水离心清洗3次。然后加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在190℃下水热反应6h，将产物用去离子水离心清洗3次，即可获得纳米(Ni0.5Zn0.5)Fe2O4。
实施例6
将NiCl2•6H2O, Zn(NO3)3•6H2O, Fe(NO3)3•9H2O按摩尔比0.5:0.5:2的比例完全溶于去离子水中，然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至完全沉淀。将获得的产物用去离子水离心清洗3次。然后加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在200℃下水热反应6h，将产物用去离子水离心清洗3次，即可获得纳米(Ni0.5Zn0.5)Fe2O4。
实施例7
将NiCl2•6H2O，Fe(NO3)3•9H2O按摩尔比1:2的比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液。然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至完全沉淀。将获得的产物用去离子水离心清洗3次。然后加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在190℃下水热反应6h, 将产物用去离子水离心清洗3次，即可获得纳米ZnFe2O4。
实施例8
将NiCl2•6H2O，Fe(NO3)3·9H2O按摩尔比1:2的比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液。然后逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至完全沉淀。将获得的产物用去离子水离心清洗3次。然后加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在200℃下水热反应6h, 将产物用去离子水离心清洗3次，即可获得纳米ZnFe2O4。
本发明所涉及的粉末X射线衍射仪器用的是D/max2550VL/PC型X射线衍射仪；表征形貌所用仪器是JEOL JEM-2100F高分辨透射电子显微镜。
图1为实施例3制备的CoFe2O4样品的X射线衍射图谱。图谱中可以看到CoFe2O4样品的衍射峰，并没有检测到第二相。
图2为实施例4制备的CoFe2O4样品的透射电镜图片。可以看出纳米CoFe2O4粒子呈球形，大小均匀，粒径10-40nm，分散性良好。
用本发明的方法能够很容易的制备出形状呈球形，大小均匀，粒径几十纳米，分散性良好的尖晶石型铁氧体粉体。这对尖晶石型铁氧体在电子、通讯及化工领域中应用具有重大的意义。

Claims (2)

1.一种尖晶石型铁氧体纳米粉体的水热制备法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将Zn(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)3·9H2O按摩尔比1:2的比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液；
2）逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至沉淀完全，并将产物用去离子水离心清洗3次；
3）加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行水热反应；
4）将反应后的产物用去离子水进行离心清洗，即可获得尖晶石型铁氧体纳米粉体。
2.一种尖晶石型铁氧体纳米粉体的水热制备法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将NiCl2·6H2O，Fe(NO3)3·9H2O按摩尔比1:2的比例完全溶于去离子水中，获得棕红色澄清透明且稳定的溶液；
2）逐滴加入乙醇胺并不断搅拌直至沉淀完全，并将产物用去离子水离心清洗3次；
3）加入氨水，并将混合物放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行水热反应；
4）将反应后的产物用去离子水进行离心清洗，即可获得尖晶石型铁氧体纳米粉体。
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