稀土(Nd,Sm,Gd,Dy,Yb,Sc)掺杂铁氧体的制备和性能研究

概括：

纳米铁氧体不仅具有良好的磁性能，还具有磁热效应、高电阻率和低频损耗，在传感器、变压器、光催化、废水处理以及生物医学等领域有着广泛的应用。特别是在生物医学应用方面，不仅需要考虑铁氧体粒子的安全特性，还需要超顺磁性和良好的分散性，而铁氧体的粒径分布和磁性能会影响其在这些领域的应用效果。稀土元素具有相似的原子结构、多样的电子能级和许多优异的光学、电学、磁学等性能，在铁氧体中掺杂稀土元素会影响铁氧体的结构和电磁性能。本文采用化学共沉淀法制备了稀土元素（Nd、Sm、Gd、Dy、Yb、Sc）掺杂的纳米铁氧体，并系统地研究了其结构和磁性能。利用X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、综合物理性能测量系统(PPMS-9)对铁氧体的结构和磁性能进行了表征。研究结果如下：(1)XRD结果表明，沉淀法制备的镍锌、锰锌、钴锌样品均为立方尖晶石结构，为单相。由于稀土离子的半径较大，当稀土离子进入铁氧体晶格时，晶格膨胀，导致平均晶粒尺寸增大。TEM结果表明，Ni_(0.5)Zn_(0.5)Gd_(0.07)-Fe_(1

Mn_（0.5）Zn_（0.5）Dy_（0.02）Fe_（1.98）O_4（MZDy_（0.02）F）的平均粒径为13.9nm，Co_（0.5）Zn_（0.5）Sc_（0.05）Fe_（1.95）O_4（CZSc_（0.05）F）的平均粒径为7.8nm，均大于XRD计算值。（2）红外光谱证实了铁氧体尖晶石结构中金属氧化物的形成，RE-O、Me-O和Fe-O的八面体固有伸缩振动以及Fe-O和Zn-O的四面体固有伸缩振动分别显示在419cm~（-1）和570cm~（-1）附近。采用ICP-AES法测定了铁氧体中的镍、锰、钴、锌、铁及稀土元素的含量，测得的金属离子含量与理论相符。（3）镍锌铁氧体、锰锌铁氧体和钴锌铁氧体的MH曲线表明，合成的稀土掺杂铁氧体具有超顺磁性，掺杂稀土元素Sc、Dy、Yb后的磁化强度高于掺杂稀土元素Nd、Gd、Sm的铁氧体，CZYb_（0.02）F具有最高的饱和磁化强度，为44.57emu/g。掺杂稀土的铁氧体粒径增大，矫顽力也随之增大。 (4)镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、钴锌铁氧体的MT曲线表明，磁性随温度升高而下降。

钴锌铁氧体中CZSc_(0.05)F磁性随温度变化最大，热磁系数K_T由0.09emu/g·K增大到0.21emu/g·K，在0-100℃范围内，热磁系数K_T保持在0.15emu/g·K。经油酸钠表面修饰的CZSc_(0.05)F粒径为8.8nm，饱和磁化强度为34.46emu/g，可用于制备温敏磁流体，应用于热交换器、磁热疗、开关等接近室温的场合。

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