CN114920216B - 一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114920216B CN114920216B CN202210551121.XA CN202210551121A CN114920216B CN 114920216 B CN114920216 B CN 114920216B CN 202210551121 A CN202210551121 A CN 202210551121A CN 114920216 B CN114920216 B CN 114920216B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- doped
- iron nitride
- nitride material
- aluminum ion
- aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910001337 iron nitride Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 36
- -1 aluminum ion Chemical class 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 8
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N nitrate group Chemical group [N+](=O)([O-])[O-] NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 8
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003937 drug carrier Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 229910005335 FePt Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011554 ferrofluid Substances 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YOBAEOGBNPPUQV-UHFFFAOYSA-N iron;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Fe].[Fe] YOBAEOGBNPPUQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/0615—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with transition metals other than titanium, zirconium or hafnium
- C01B21/0622—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with transition metals other than titanium, zirconium or hafnium with iron, cobalt or nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/06—Ferric oxide [Fe2O3]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
- C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料及其制备方法与应用，包括如下步骤：将铁源和铝源溶解于中性或碱性溶液中，进行水热反应，反应温度为170～195℃，反应时间为6～12小时，制得Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体；将所述Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体在氨气氛围下510～530℃保温4～6小时，氮势为0.22～0.18，然后400～460℃时，在高纯氮气的保护下降温，即得目标产物。Al3+掺杂的片状氮化铁，Al3+可以起到结构导向的作用，在水热反应中使Fe2O3形成片状六边形结构。Al3+的引入还可以调节介电常数和磁导率，从而调节材料的阻抗匹配，提高材料的微波吸收性能。
Description
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，涉及一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料及其制备方法与应用。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
氮化铁类材料具有优异的磁性性能并且在诸多领域具有潜在的应用价值。ε-Fe3N及γ′-Fe4N在室温下具有优异的磁学性质，良好的稳定性并且具有类金属性质，具有比铁氧化物更高的磁化强度并且比铁磁性合金例如FePt具有更低的成本。另外，与金属铁相比，氮化铁具有低毒性，有潜力用于一些生物医药领域，例如可作为靶向药物载体。
目前，ε-Fe3N和γ′-Fe4N的制备方法包括：溶剂热法、气相沉积法、溅射法及分子束外延法，这些方法都存在步骤复杂、且不好控制产品的物相种类等弊端。同时单一物相的吸波剂不能同时满足阻抗匹配和吸波材料所强调的“薄、轻、宽、强”等要求。
发明人发现，当前所研发的氮化铁磁粉绝大部分都是球形或粒状的氮化铁粉末，且没有经过掺杂处理，存在以下问题：(1)氮化铁粉末是简单的球形或粒状，不具有各向异性的特殊形貌，无法实现由其带来的特殊性能；(2)物相单一，不能同时满足多种损耗机制共同作用、阻抗匹配的要求；(3)采用繁琐的反应装置、工艺复杂、生产成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料及其制备方法与应用。通过元素掺杂策略，制备了纳米级片状氮化铁粉末，提高了氮化铁的频带宽度和吸波强度。在磁性记录介质、铁磁流体、生物传感器、靶向药物载体、吸波材料、催化剂等方面具有重要应用价值和潜力。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料，为粉末状，单一颗粒为纳米级片状六边形结构，各向异性。
第二方面，本发明提供了一种铝离子掺杂的片状氮化铁粉末的制备方法，包括如下步骤：
将铁源和铝源溶解于中性或碱性溶液中，进行水热反应，反应温度为170～195℃，反应时间为6～12小时，制得Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体；
将所述Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体在氨气氛围下510～530℃保温4～6小时，氮势为0.22～0.18，然后400～460℃时，在高纯氮气的保护下降温，即得目标产物。
第三方面，本发明提供了所述铝离子掺杂的片状氮化铁材料在制备光、电、磁、催化以及隐身器件中的应用。
上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
(1)具有片状的氮化铁粉末可以实现普通球形氮化铁粉末无法实现的特殊光、电、磁、催化等物理化学性能，尤其在隐身材料领域具有重要应用价值。
(2)本发明是Al3+掺杂的片状氮化铁，Al3+可以起到结构导向的作用，在水热反应中使Fe2O3形成片状六边形结构。Al3+的引入还可以调节介电常数和磁导率，从而调节材料的阻抗匹配，提高材料的微波吸收性能。Al3+掺杂的氮化铁纳米材料的反射损耗为-10～-41.8dB，最高吸收频率为13～14GHz。
在频率为13.68GHz，厚度为1.5mm，最优RL值可达到-41.8dB，频率带宽为3.9GHz，在较薄的厚度下具有较强的电磁波吸收性能和较宽的有效带宽，有很高的应用价值。
(3)该氮化铁粉末的制备采用还原氮化一步法工艺，本发明的还原氮化法是将Fe2O3还原为Fe，将Fe氮化为FexNy，通过渗氮工艺可以生成不同物相，引起的非均质界面能增强电磁波的散射和反射，提高衰减能力，通过控制氮势以及保温温度和换气温度可以调控产品物相，本发明是在同一个工序中实现了还原和氮化，工艺与设备简单，生产温度低、生产成本低，节能、高效。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例1制备的Al3+掺杂三氧化二铁(a)以及氮化铁粉末(b)的扫描电子显微镜照片；
图2为实施例1制备的Al3+掺杂氮化铁粉末的X射线衍射图谱，标定为Fe2O3、Fe4N；
图3为实施例2制备的Al3+掺杂三氧化二铁(a)以及氮化铁粉末(b)的扫描电子显微镜照片；
图4为实施例2制备的Al3+掺杂氮化铁粉末的X射线衍射图谱，标定为Fe3N、Fe4N、Fe2O3；
图5为负载不同含量(50wt.％(a)，60wt％(b))的实施例1产物Fe4N@Fe2O3的石蜡基吸波材料在不同厚度下的反射损耗曲线图；
图6为负载不同含量(50wt.％(a)，60wt％(b))的实施例2产物Fe3N@Fe4N@Fe2O3的石蜡基吸波材料在不同厚度下的反射损耗曲线。
图7为对比例制备的产品的扫描电子显微镜照片。
图8为对比例制备的产品的EDS图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
第一方面，本发明提供了一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料，为粉末状，单一颗粒为纳米级片状六边形结构，各向异性。
除材料组成以外，结构的设计也会影响吸波性能，不同微观结构的材料可以获得特殊的光、电、磁、催化等物理化学性能。六边形片状结构，由于其几何对称性低和高宽比大会引发高的形状各向异性，在吸波领域具有应用的潜力。
在一些实施例中，所述铝离子掺杂的氮化铁材料中，物相组成为Al3+掺杂的γ′-Fe4N或ε-Fe3N单相，或以Al3+掺杂的γ′-Fe4N或ε-Fe3N为主相的复合相，Al元素和Fe元素在产品中的分布基本一致。
在一些实施例中，铝离子掺杂的片状氮化铁粉末的粒径范围为84～485nm。
第二方面，本发明提供了一种铝离子掺杂的片状氮化铁粉末的制备方法，包括如下步骤：
将铁源和铝源溶解于中性或碱性溶液中，进行水热反应，反应温度为170～195℃，反应时间为6～12小时，制得Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体；
将所述Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体在氨气氛围下510～530℃保温4～6小时，氮势为0.22～0.18，然后400～460℃时，在氮气的保护下降温，即得目标产物。
在一些实施例中，所述铁源为铁的无机盐；
所述铝源为铝的无机盐。
优选的，所述无机盐选自硝酸盐、氯化盐或乙酸盐。
优选的，铁源和铝源的摩尔比为：0.04:0.0044～0.0315:0.0135，以铁元素和铝元素的摩尔比计算。
通过控制铁和铝之间的比例，以调控产品形貌以及电磁参数；重点控制氮势、保温温度及换气温度，以调控产品物相组成，调节材料的吸波性能。
在一些实施例中，水热反应过程中，采用氨水为沉淀剂调节溶液的pH值至7-14。
在一些实施例中，水热反应过程中，Al3+浓度为0.0176～0.054mol/L。
在一些实施例中，还包括对制备的铝离子掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体进行分离、洗涤和干燥的步骤。
优选的，所述洗涤为采用去离子水和无水乙醇进行洗涤。
第三方面，本发明提供了所述铝离子掺杂的片状氮化铁材料在制备光、电、磁、催化以及隐身器件中的应用。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
制备Al3+掺杂片状氮化铁粉末步骤如下：
首先采用去离子水配制浓度为0.16mol/L的FeCl3(三氯化铁)的水溶液，并添加4.4mmol的AlCl3·6H2O，用氨水调节该水溶液呈碱性。
室温下搅拌10分钟将该溶液倒入容积为500ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，拧紧反应釜盖，将反应釜放入烘箱中，在195℃下保温时间12小时。自然冷却至室温后取出反应产物，将所得红色沉淀离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤5次，在85℃下烘干后获得Al3+掺杂六边形三氧化二铁粉末。
该粉末的扫描电子显微镜照片如图1中(a)所示，呈六边形，粒径尺寸为110～500nm，平均厚度为390nm。
将所得Al3+掺杂三氧化二铁粉末放入渗氮炉中，先通氮气排空，再通以氨气，升温至520℃，调节氮势为0.22～0.18，保温6小时，降温至460℃然后关闭氨气，通入高纯氮气(99.999％)，冷却至100℃后，取出空气冷却至室温，反应产物即是Al3+掺杂片状氮化铁粉末。该粉末的扫描电子显微镜照片如图1所示，粒径尺寸为84～485nm，厚度大约32.9nm。EDS如图1所示，N、O、Fe、Al元素分布一致，且可见明显Al元素特征峰。该粉末的X射线衍射图谱如图2所示，物相组成为Fe2O3和Fe4N。
实施例2
制备Al3+掺杂片状氮化铁粉末步骤如下：
首先采用去离子水配制浓度为0.16mol/L的FeCl3(三氯化铁)的水溶液，并添加4.4mmol的AlCl3·6H2O，用氨水调节该水溶液呈碱性。
室温下搅拌10分钟将该溶液倒入容积为500ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，拧紧反应釜盖，将反应釜放入烘箱中，在195℃下保温时间6小时。自然冷却至室温后取出反应产物，将所得红色沉淀离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤5次，在85℃下烘干后获得Al3+掺杂六边形三氧化二铁粉末。
将所得Al3+掺杂三氧化二铁粉末放入渗氮炉中，先通氮气排空，再通以氨气，升温至520℃，调节氮势为0.22～0.18，保温6小时，降温至400℃然后关闭氨气，通入高纯氮气(99.999％)，冷却至100℃后，取出空气冷却至室温，反应产物即是Al3+掺杂片状氮化铁粉末。该粉末的扫描电子显微镜照片如图3所示，粒径尺寸为84～485nm，厚度大约32.9nm。EDS如图2所示，N、O、Fe、Al元素分布一致，且可见明显Al元素特征峰。该粉末的X射线衍射图谱如图4所示，物相组成为Fe3N，Fe4N和Fe2O3。
实施例3
制备Al3+掺杂片状氮化铁粉末步骤如下：
首先采用去离子水配制浓度为0.144mol/L的FeCl3(三氯化铁)的水溶液，并添加9mmol的AlCl3·6H2O，用氨水调节该水溶液呈碱性。
室温下搅拌10分钟将该溶液倒入容积为500ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，拧紧反应釜盖，将反应釜放入烘箱中，在195℃下保温时间6小时。
自然冷却至室温后取出反应产物，将所得红色沉淀离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤5次，在85℃下烘干后获得Al3+掺杂片状三氧化二铁粉末。
将所得Al3+掺杂三氧化二铁粉末放入渗氮炉中，先通氮气排空，再通以氨气，升温至520℃，调节氮势为0.22～0.18，保温6小时，降温至460℃然后关闭氨气，通入高纯氮气(99.999％)，冷却至100℃后，取出空气冷却至室温，反应产物即是Al3+掺杂片状氮化铁粉末。
实施例4
制备Al3+掺杂片状氮化铁粉末步骤如下：
首先采用去离子水配制浓度为0.126mol/L的FeCl3(三氯化铁)的水溶液，并添加13.5mmol的AlCl3·6H2O，用氨水调节该水溶液呈碱性。
室温下搅拌10分钟将该溶液倒入容积为500ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，拧紧反应釜盖，将反应釜放入烘箱中，在195℃下保温时间6小时。自然冷却至室温后取出反应产物，将所得红色沉淀离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤5次，在85℃下烘干后获得Al3+掺杂片状三氧化二铁粉末。
将所得Al3+掺杂三氧化二铁粉末放入渗氮炉中，先通氮气排空，再通以氨气，升温至520℃，调节氮势为0.22～0.18，保温6小时，降温至460℃然后关闭氨气，通入高纯氮气(99.999％)，冷却至100℃后，取出空气冷却至室温，反应产物即是Al3+掺杂片状氮化铁粉末。
对该材料通过矢量网络分析仪测定其电磁参数，根据传输线理论，材料对电磁波的反射损耗是通过给定频率下的复介电常数与复磁导率以及吸波材料的厚度通过以下方程计算出来。
Zin＝Z0(μr/εr)1/2tanh[j(2πfd/c)(μr/εr)1/2]；
RL(dB)＝20log|(Zin－1)/(Zin+1)|。
从图5可以看出，产物Al3+掺杂的Fe4N@Fe2O3在负载50wt％时，在频率为17.28GHz，匹配厚度为1.5mm，最优RL值可达到-20.75dB，RL小于-10dB的频率带宽为3.2GHz。负载60wt％时，在频率为5.59GHz，匹配厚度为3mm，最优RL值可达到-33.32dB，RL小于-10dB的频率带宽为1.62GHz。从图6可以看出Al3+掺杂的Fe3N@Fe4N@Fe2O3在负载50wt％时，在频率13.68GHz，匹配厚度为1.5mm，最优RL值可以达到-41.8GHz，RL小于-10dB的频率带宽为3.9GHz。在负载为60wt％，在频率为2.19GHz，匹配厚度为5mm时，最优RL值可以达到-21.6dB，RL小于-10dB的频率带宽为0.425GHz。
对比例
与实施例1的区别在于：不加氨水进行水热反应，无法制得片状的三氧化二铁，如图7所示。同时在EDS中没有Al衍射峰，如图8所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料的制备方法，其特征在于：所述铝离子掺杂的片状氮化铁材料为粉末状，单一颗粒为纳米级片状六边形结构，各向异性；
所述铝离子掺杂的片状氮化铁材料中，物相组成为Al3+掺杂的γ′-Fe4N或ε-Fe3N单相，或以Al3+掺杂的γ′-Fe4N或ε-Fe3N为主相的复合相；
包括如下步骤：
将铁源和铝源溶解于中性或碱性溶液中，进行水热反应，反应温度为170~195℃，反应时间为6~12小时，制得Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体；
将所述Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体在氨气氛围下510~530℃保温4~6小时，氮势为0.22~0.18，然后400~460℃时，在氮气的保护下降温，即得目标产物；
铁源和铝源的摩尔比为：0.04:0.0044~0.0315:0.0135，以铁元素和铝元素的摩尔比计算。
2.根据权利要求1所述的铝离子掺杂的片状氮化铁材料的制备方法，其特征在于：Al3+掺杂的氮化铁粉末的粒径范围为84~485nm。
3.根据权利要求1所述的铝离子掺杂的片状氮化铁材料的制备方法，其特征在于：所述铁源为铁的无机盐；所述铝源为铝的无机盐；
所述无机盐选自硝酸盐、氯化盐或乙酸盐。
4.根据权利要求1所述的铝离子掺杂的片状氮化铁材料的制备方法，其特征在于：水热反应过程中，采用氨水为沉淀剂调节溶液的pH值至7-14。
5.根据权利要求1所述的铝离子掺杂的片状氮化铁材料的制备方法，其特征在于：水热反应过程中，Al3+浓度为0.0176~0.054mol/L。
6.根据权利要求1所述的铝离子掺杂的片状氮化铁材料的制备方法，其特征在于：还包括对制备的Al3+掺杂的片状六边形三氧化二铁前驱体进行分离、洗涤和干燥的步骤。
7.根据权利要求6所述的铝离子掺杂的片状氮化铁材料的制备方法，其特征在于：所述洗涤为采用去离子水和无水乙醇进行洗涤。
8.权利要求1-7任一所述铝离子掺杂的片状氮化铁材料的制备方法获得的产品在制备隐身器件中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210551121.XA CN114920216B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210551121.XA CN114920216B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114920216A CN114920216A (zh) | 2022-08-19 |
| CN114920216B true CN114920216B (zh) | 2023-07-04 |
Family
ID=82808744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210551121.XA Active CN114920216B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 一种铝离子掺杂的片状氮化铁材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114920216B (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008311518A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Hitachi Maxell Ltd | 窒化鉄系磁性粉末の製造方法、窒化鉄系磁性粉末、及び磁気記録媒体 |
| CN101792185B (zh) * | 2010-01-28 | 2012-05-23 | 中南大学 | 含铁溶液氨水沉淀法制备片状氧化铁的方法 |
| CN104192815B (zh) * | 2014-08-27 | 2015-08-05 | 山东大学 | 一种枝状氮化铁粉末及其制备方法 |
| CN106057392B (zh) * | 2016-06-26 | 2017-11-07 | 中国计量大学 | α‑Fe/γ′‑Fe4N软磁复合材料的低温原位制备方法 |
| CN110408849B (zh) * | 2019-08-22 | 2020-07-14 | 东北大学 | 一种具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-05-20 CN CN202210551121.XA patent/CN114920216B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114920216A (zh) | 2022-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Almessiere et al. | The effect of Nb substitution on magnetic properties of BaFe12O19 nanohexaferrites | |
| Almessiere et al. | Impact of Nd-Zn co-substitution on microstructure and magnetic properties of SrFe12O19 nanohexaferrite | |
| Gordani et al. | Enhanced magnetic properties of substituted Sr-hexaferrite nanoparticles synthesized by co-precipitation method | |
| Tyagi et al. | Microwave absorption study of carbon nano tubes dispersed hard/soft ferrite nanocomposite | |
| Jiang et al. | The effect of [Fe 3+]/[Fe 2+] molar ratio and iron salts concentration on the properties of superparamagnetic iron oxide nanoparticles in the water/ethanol/toluene system | |
| Behdadfar et al. | Synthesis of aqueous ferrofluids of ZnxFe3− xO4 nanoparticles by citric acid assisted hydrothermal-reduction route for magnetic hyperthermia applications | |
| CN108154984B (zh) | 一种多孔四氧化三铁/碳纳米棒状电磁波吸收材料及其制备方法与应用 | |
| Sakthipandi et al. | PVA-doped NiNdxFe2-xO4 nanoferrites: tuning of dielectric and magnetic properties | |
| Harikrishnan et al. | A study on the extent of exchange coupling between (Ba0. 5Sr0. 5Fe12O19) 1− x (CoFe2O4) x magnetic nanocomposites synthesized by solgel combustion method | |
| Jiao et al. | Enhanced microwave absorption properties of Nd-doped NiZn ferrite/polyaniline nanocomposites | |
| Sharbati et al. | Microwave absorption studies of nanocrystalline SrMnx/2 (TiSn) x/4Fe12− xO19 prepared by the citrate sol–gel method | |
| Tadjarodi et al. | Ba0. 69Sr0. 17Cd0. 07Zn0. 07Fe12O19 nanostrucutres/conducting polyaniline nanocomposites; synthesis, characterization and microwave absorption performance | |
| Tyagi et al. | Synthesis and characterization of microwave absorbing SrFe 12 O 19/ZnFe 2 O 4 nanocomposite | |
| Ni et al. | Silica-coated iron nanocubes: Preparation, characterization and application in microwave absorption | |
| Garg et al. | Development of SrFe 12 O 19/Ti 3 SiC 2 composites for enhanced microwave absorption | |
| CN104192815A (zh) | 一种枝状氮化铁粉末及其制备方法 | |
| Mondal et al. | Tuning hyperthermia efficiency of MnFe2O4/ZnS nanocomposites by controlled ZnS concentration | |
| CN115491177A (zh) | 一种mof衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法 | |
| Tyagi et al. | Reaction kinetic, magnetic and microwave absorption studies of SrFe 11.2 Ni 0.8 O 19 hexaferrite nanoparticles | |
| Sözeri et al. | Microwave properties of BaFe11Mg2+ 0.25 X2+ 0.25 Ti4+ 0.25 O19 (X2+= Cu, Mn, Zn, Ni and Co) nanoparticles in 0–26.5 GHz range | |
| Kishimoto et al. | Morphology and magnetic properties of FeCo particles synthesized with different compositions of Co and Fe through co-precipitation, flux treatment, and reduction | |
| CN107541185B (zh) | 锌掺杂铁氧体/碳纳米管吸波材料及其制备方法 | |
| Entezari et al. | In situ precipitation synthesis of FeNi/ZnO nanocomposites with high microwave absorption properties | |
| Li et al. | Study on the electromagnetic properties and microwave absorbing mechanism of flaky FeSiAl alloy based on annealing and phosphate coating | |
| CN113426386B (zh) | 一种石墨烯-铁氧体复合气凝胶吸波材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |