核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米顆粒的制備及磁性能畢業(yè)論文-免費(fèi)閱讀

　　

【正文】 老師學(xué)識(shí)豐富，平易近人，在 試驗(yàn) 中給了我最大的鼓勵(lì)、幫助與指導(dǎo)。 以 CoCl2通過(guò) XRD、 TEM、 VSM 等對(duì) 納米顆粒進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)及磁性能分析，研究 各 工藝參數(shù) 的影響 ， 得到了以下結(jié)論： 以 CoCl2 (b1, b2), 1:1。從圖 (a)、 (b)、 (c)和 (d)中均可以明顯的找到作為晶種加入的 Sm(Co,Hf)7相，而 Fe和 Co 的鹽反應(yīng)之后所形成的鐵鈷化合物的 相組成 則隨著 Fe3+:Co2+摩爾比的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。從圖中可以看出， 所有 產(chǎn)物的磁性能 相似 ， 即 矯頑力幾乎為零 表現(xiàn) 出 明顯的軟磁 特 性。從圖中可以看出， 包覆有 Fe3O4(Fe)殼層 復(fù)合顆粒 的磁滯回線顯示出明顯的 蜂腰 特點(diǎn) ， 說(shuō)明粉體中同時(shí)存在硬磁相和軟磁相 ，且二者之間的交換耦合 作用 較弱 。圖 (a)中的主相為 TbCu7型的 Sm(Co,Hf)7相和Fe3O4相，圖 (b)中除 Sm(Co,Hf)7相和 Fe3O4相外，還含有少量的純 Fe 相，圖 (c)中均為 Sm(Co,Hf)7 相。 (c) 4 h (a) zs20 (b) zs13 (c) zs14 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 13 圖 (a)、 (b)、 (c)和 (d)分別為保溫時(shí)間為 1h、 2h、 4h 和未包覆過(guò)的原始 SmCo顆粒的磁滯回線。 b, 2 h。檢測(cè)儀器設(shè)備型號(hào)及廠家見表 。6H2O 和 FeCl3?6H2O 放入40 mL 乙二醇中，超聲分散溶解。 本部分具體 試驗(yàn) 參數(shù)如表 所示。 其具體 試驗(yàn) 步驟 如下 ： （ 1）配制 不同 Co∶ Fe 摩爾 比 的鹽溶液：設(shè)計(jì) 一定的 Fe3+和 Co2+的摩爾比，通過(guò)計(jì)算得出所需添加的 CoCl2 （ 4）配制還原液： 量 取 10 mL 水合肼，加入 30 mL 乙二醇中，用玻璃棒攪拌使其混合均勻 。 制備 , 的 工藝 如下 ： 表面活性劑（ PVP） 顆粒 含有 Sm(Co,Hf)7納米 顆粒 的溶液 分散、溶解 于溶劑 水合肼 溶解于溶劑 、調(diào)節(jié) pH 值 還原性溶液 混合 Co/Fe 的 鹽溶液 混合 前驅(qū)體溶液 加 入 反 應(yīng) 釜 里 150 ℃干燥箱中保溫一定時(shí)間 反應(yīng)產(chǎn)物 分離、洗滌 SmCoFeCo 核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米顆粒 結(jié)構(gòu)及 性能 檢測(cè) 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 8 選取單質(zhì)純度 99%以上，多元化合物含量百分比波動(dòng)不超過(guò) 10%的 純 Sm、 Co及 Hf 原料 → 按名義成分 配制 合金 → 真 空電弧爐氬氣保護(hù)熔煉（通以高純度氬氣，同一塊鑄錠進(jìn)行多次翻轉(zhuǎn)熔煉） → 熔體快淬（選取經(jīng)熔煉得到的一定質(zhì)量的鑄錠） → 將快淬后的薄帶放入球磨罐中進(jìn)行球磨 → 得到的樣品放在密封瓶中保存待用。其中水熱法因工藝較易控制、設(shè)備簡(jiǎn)單、鍍層均勻、外觀良好而成為常用的包覆方法 [23]。 本課題的提出與研究?jī)?nèi)容 研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 采用溶液化學(xué)法制備同時(shí)具有高矯頑力和高飽和磁化強(qiáng)度的 “ 核殼 ” 式SmCoFeCo 納米復(fù)合顆粒，并對(duì)其制備過(guò)程和影響因素進(jìn)行系統(tǒng)的研究，得出優(yōu)化工藝并分析結(jié)構(gòu)及磁性能的控制機(jī)制。主要是因?yàn)榧{米顆粒制備過(guò)程中存在一些難以解決的問(wèn)題，如： （ 1）通過(guò)干法球磨制備 SmCo 納米顆粒時(shí)， 顆粒尺寸較大 ， 約為幾百納米，且干磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 會(huì) 導(dǎo)致顆粒 團(tuán)聚現(xiàn)象。其原因可能是目前制備的復(fù)合納米磁性材料 中軟、硬磁兩相的晶粒尺寸過(guò)大，超出磁疇尺寸，難以產(chǎn)生 有效 的交換耦合作用，而且得到的 晶粒基本是各向同性的 [19,20]。軟磁相包裹硬磁相的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米磁性顆粒中，硬磁相和軟磁相之間會(huì)發(fā)生交換耦合作用從而提升材料的磁能積等綜合磁性能 [15]。 與此同時(shí)， 具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米磁性顆粒由于 具有 獨(dú)特的物理和化學(xué)性能及良好的應(yīng)用前景而備受矚目 [11]。如果 磁性顆粒的尺寸進(jìn)一步減小，當(dāng) 其 各向異性能減小到與熱運(yùn)動(dòng)能 相當(dāng) 時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致顆粒超順磁性的出現(xiàn)。RCo 系主要包括 1:5 型和 2:17 型的 SmCo 磁體 ； RFe 系磁體當(dāng)前主要指 R2Fe14B 型的 NdFeB 磁體 [2]。以 Fe3+和 Co2+為原料在 SmCo 顆粒表面 同時(shí)沉積 Fe、 Co 可以得到 FeCo 化合物軟磁殼層 。 由于核殼之間界面結(jié)合較弱， 使得核 /殼之間的交換耦合效應(yīng)受到抑制 ，在一定程度上阻礙了復(fù)合顆粒磁性能的提高。其中 SmCo 磁體具有最高的居里溫度，較高的矯頑力、飽和磁化強(qiáng)度和磁晶各向異性，同時(shí)還具備良好的抗腐蝕性能，成為稀土系永磁材料領(lǐng)域一個(gè)非常重要的研究分支 [3]。 人們對(duì)磁性納米顆粒 的超順磁性 進(jìn)行了一系列的研究，在60 年代 末期成功 制備 出了磁性液體并 將其 應(yīng)用于宇航服頭盔的磁密封 ， 成為磁性納米材料的最早 應(yīng)用之一。 核 /殼型 復(fù)合納米磁性顆粒 由外面的殼以及包覆在中心的核組合而成，內(nèi)核與外殼之間通過(guò)分子間作用力、化學(xué)鍵或其他作用力而相互連接 [12]。 核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米磁性顆粒的研究現(xiàn)狀 一直以來(lái)，硬磁材料和軟磁材料的性能特點(diǎn)被認(rèn)為是相互矛盾、無(wú)法共存的。近年來(lái)， Rong 等成功制備出了大尺寸的SmCoFeCo 納米復(fù)合 磁性材料 。 （ 2） SmCoFeCo 核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米顆粒的包覆效果不好， 金屬離子 還原產(chǎn)生的 Fe 或 Co 顆粒團(tuán)聚在 SmCo 顆粒周圍， 形成 疏松 的包覆層 ，還有待進(jìn)一步致密化 。 采用溶劑熱法制備具有 “ 核殼 ” 結(jié)構(gòu)的 SmCoFeCo 納米顆粒，通過(guò) TEM、XRD、 VSM 等對(duì)所得 SmCoFeCo 核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒進(jìn) 行微觀結(jié)構(gòu)及磁性能分析，研究工藝參數(shù)（包括 原料配比、保溫時(shí)間 等）對(duì)顆粒微觀結(jié)構(gòu)及磁性能的影響。本課題即采用水熱法制備具有核殼結(jié)構(gòu)的 SmCoFeCo 納米顆粒。 溶劑熱合成 Fe/Co 軟磁殼層 試驗(yàn) 一、 溶劑 熱法制備 SmCoFe 和 SmCoCo 納米顆粒 以 Fe 或 Co 的鹽為原料，將其加入 乙二醇 溶劑中，并引入還原劑水合肼等制備Fe 或 Co 的還原性溶液 。 之后 加入 g 的 NaOH 調(diào)節(jié) 溶液 pH 值 （由于 NaOH 溶解需要一段時(shí)間，后 期 試驗(yàn) 中 改為先加 NaOH，待完全溶解以后 再 加水合肼， 并 用玻璃棒攪拌均勻）。6H2O 和 FeCl3?6H2O 的質(zhì)量。 表 溶劑熱法制備 FeCo 合金粉末 試驗(yàn) 的工藝參數(shù) 編號(hào) FeCl3?6H2O/g CoCl2 （ 4）配制還原液：取 g 的 NaOH 加入 30 mL 乙二醇中，用玻璃棒 攪拌使其混合均勻 。 3 試驗(yàn) 結(jié)果與分析 溶劑熱反應(yīng) 時(shí)間對(duì) SmCoCo 顆粒包覆效果的影響 為了 考察 溶劑熱反應(yīng) 時(shí)間對(duì) SmCo 顆粒 外層 包覆 軟磁殼層 效果的影響，在保持其他反應(yīng)條件不變 的情況下，即 采用乙二醇 作 溶劑 ，選用干法高能球磨制備的 顆粒作 為內(nèi) 核，以 Co2+鹽為原料，反應(yīng)溫度為 150℃ ，改變保溫時(shí)間進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。 c, 4 h） 和 純 SmCo 納米顆粒的 XRD 圖譜 圖 為 經(jīng)不同 時(shí)間 溶劑熱反應(yīng)后 所得 SmCoCo 復(fù)合 顆粒 的 TEM 圖。 圖中 所有 樣品的磁滯回線 數(shù)據(jù) 都 進(jìn)行了歸一化處理，以使其 具有可比性 。以上結(jié)果說(shuō)明以 Fe2+鹽 為原料 進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)后 只能得到Fe3O4而得不到純 Fe；而以 Fe3+鹽 為原料 時(shí) 能夠得到少量的純 Fe。結(jié)合 前面的 XRD 及 TEM 分析結(jié)果可知， 導(dǎo)致核 /殼之間 耦合效應(yīng)不充分的主要原因可能是 Sm(Co,Hf)7內(nèi)核 與 Fe3O4殼層之間 界面 結(jié)合 程度較低 。結(jié)合 XRD 的分析結(jié)果可知， 由于 反應(yīng)生成的 Co3Fe FeCo、 CoFe2O4和Co7Fe3相 均為軟磁性 相 ， 因此樣品呈現(xiàn)出典型的軟磁性能 。當(dāng) Fe3+:Co2+摩爾比為 7:3 和 2:1 時(shí)，主要生成 Co3Fe7相和 FeCo 相（圖(a)和 (b)所示）；當(dāng) Fe3+:Co2+摩爾比為 1:1 時(shí)，反應(yīng) 得 到的產(chǎn)物中開始出現(xiàn) Co7Fe3相（圖 (c)所示）；而當(dāng) Fe3+:Co2+摩爾比為 1:2 時(shí) ，產(chǎn)物主要為 Co7Fe3相和 FeCo 相。 (c1, c2), 1:2. 圖 (a)、 (b)、 (c)和 (d)分別為 Fe3+:Co2+摩爾比為 7: 2: 1:1 和 1:2 的前驅(qū)體溶液 反應(yīng)后所得 復(fù)合 顆粒的 磁滯回線 ，圖 (e)為 未包覆過(guò)的原 始 。6H2O 為原料 ， 通過(guò)乙二醇溶劑熱法 可以 在 表面合成 厚度 5 nm 的 純 Co 相軟磁殼層 。6H2O 和 FeCl3?6H2O 為原料 在 。借此機(jī)會(huì)，對(duì)老師表達(dá)最誠(chéng)摯的感謝以及最崇高的敬意。 同時(shí)，感謝孫繼兵老師對(duì) 試驗(yàn) 的全程指導(dǎo)及幫助。4H2O 為原料時(shí)有一定的提高 。 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10000 20xx0 1 . 0 0 . 50 . 00 . 51 . 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10000 20xx0 1 . 0 0 . 50 . 00 . 51 . 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10000 20xx0 1 . 0 0 . 50 . 00 . 51 . 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10000 20xx0 1 . 0 0 . 50 . 00 . 51 . 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10000 20xx0 1 . 0 0 . 50 . 00 . 51 . 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10000 20xx0 1 . 0 0 . 50 . 00 . 51 . 0( c ) z s 1 7 Fe3+: C o2+=1 : 1 ( b ) z s 1 8 Fe3+: C o2+=2 : 1 (e) SmCo parti cl es ( a ) z s 1 6 Fe3+: C o2+= 7:3 BA Normalized magentization (M/M2T)M a g e n t i c f i e l d (O e ) ( f ) 未加 S m C o 的鐵鈷共沉(d)z s19 Fe3+:Co2+= 1:2 圖 不同 Fe3+:Co2+摩爾比 的前驅(qū)體溶液 反應(yīng)后所得顆粒 (ad)，純 納米顆粒 (e) 及溶劑熱法所得 FeCo 化合物 (f)的 磁滯回線 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 22 結(jié) 論 本 論文以 高能球磨所得 ，以 乙二醇為溶劑， 水合肼為還原劑， 通過(guò) 溶劑 熱 法制備具有 “ 核殼 結(jié)構(gòu)的 SmCoFeCo 硬 /軟耦合 納米顆粒 。 Fe 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 20 圖 不同 Fe3+:Co2+摩爾比 的前驅(qū)體溶液 反應(yīng)后所得 復(fù)合 顆粒的 TEM 圖 . (a1, a2), 7:3。圖 (a)、 (b)、(c)和 (d)分別為 Fe3+:Co2+摩爾比為 7: 2: 1:1 和 1:2 時(shí) 所得 復(fù)合顆粒 的 XRD 圖譜。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 17 20 40 60 80? (a )z s2 5 F e3+: C o2+= 3 : 1?? ?? C o3Fe7 ? ? C o Fe2O4 ? Co ? Fe C o ? C o7Fe3?????????? (b )z s2 2 F e3+: C o2+=2 : 1 ?????? (e )z s