VSM用于Ni-Zn纳米铁氧体的微观结构、光学和磁学研究
VSM用于Ni-Zn纳米铁氧体的微观结构、光学和磁学研究
本文研究了Ni-Zn纳米铁氧体的微观结构、光学和磁学性质。通过柠檬酸盐前驱体法制备了NixZn1-xFe2O4（x=0.0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8和1.0）纳米铁氧体，并采用XRD、FTIR和VSM等测试手段对其结构和磁性进行了详细研究。研究发现，这些纳米铁氧体具有尖晶石结构，晶粒尺寸在23至31 nm之间，且具有较高的磁性。
以高纯金属硝酸盐和柠檬酸为前驱体，采用柠檬酸盐前驱体法合成了NixZn1-xFe2O4（x=0.0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8和1.0）纳米铁氧体。为了详细分析这些在 700 °C 下烧结 3 小时的纳米铁氧体的结构、光学和磁性能，进行了 X 射线衍射 (XRD)、傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 和振动样品磁强计 (VSM) 测试。粉末样品的 XRD 图谱分析表明，纳米铁氧体具有尖晶石结构，纳米铁氧体的晶粒尺寸为 23 至 31 nm。
在 x=0.5 时，纳米铁氧体样品的最大孔隙率为 57%，这表明该材料具有较高的吸附容量。这些纳米铁氧体的密度随着微晶尺寸和晶格参数的变化从2.318到2.590 g/cm3变化。 FTIR 光谱还揭示了 542-582 和 402-415 cm−1 之间的两个突出峰，代表四面体和八面体位点占据，被 Ni2+、Zn2+ 和 Fe3+ 离子占据。这些峰表明纳米铁氧体的尖晶石结构。
根据VSM数据获得的磁滞回线分析纳米铁氧体的磁性行为。观察到纳米铁氧体具有高磁性，其饱和磁化强度值在 1.31 至 63.31 emu/g 之间变化，Ni2+ 金属离子浓度在 x=0.0 至 x=1.0 范围内变化。观察到各向异性常数值很高，从 0.00147 × 105 到 0.16218 × 105 erg/g。
图1 VSM数据绘制的NixZn1-xFe2O4 (x=0, 0.2, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0)磁滞回线【1】
图2 NixZn1-xFe2O4 (x=0, 0.2, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0)中比磁化强度和剩磁化强度随Ni浓度的变化 2136 Journal of Superconductivity and Novel Magnetism (2021) 34:2131– 2140【1】
对于纳米铁氧体磁性的详细研究，VSM 是最流行的技术。图1 显示了NixZn1-xFe2O4 (x=0.0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8 和 1.0) 样品的磁滞曲线。磁性研究是用粉末形式的材料进行的，以适当的量（以毫克为单位）整齐地用聚四氟乙烯胶带包裹两次，然后小心地放在样品架上。对纳米材料施加 10 kOe 磁场。如图2所示，纯ZnFe2O4或NixZn1-xFe2O4在x=0时的比饱和磁化强度非常低（1.31 emu/g），因为Zn2+离子（非磁性）取代了磁性Fe3+离子。当Ni2+离子浓度达到x=0.6时，比磁化强度最初从1.31增加到65.8 emu/g，然后随着镍离子的进一步添加，比磁化强度从65.8减少到33.95 emu/g。 σs 值的这种变化可归因于许多因素，例如晶体尺寸效应、自旋倾斜效应和阳离子分布。比磁化强度是在 0 K 温度下每克材料的饱和磁化强度。NixZn1-xFe2O4 系列样品是通过柠檬酸盐前驱体法用金属硝酸盐和柠檬酸制备的。所有制备的材料均在700℃下预烧结3h。使用 XRD、FTIR 和 VSM 详细研究了这些纳米铁氧体材料的结构和磁性。
结构研究证实了纳米铁氧体晶体结构中没有额外相的混合尖晶石结构。由于Zn2+离子比Ni 2+ 离子的离子半径更大，因此随着Ni浓度的变化，纳米铁氧体的微晶尺寸和晶格参数分别在23至31 nm和8.333-8.437 Å之间变化。观察到的纳米粒子的孔隙率非常高，从 52% 到 57% 不等，这表明该材料适合吸附过程。纳米铁氧体具有高磁性，测定的饱和磁化强度在 1.31–65.8 emu/g 范围内。从磁滞回线观察到低矫顽磁场，由于镍浓度较高，矫顽磁场在 16.21 至 374.14 Oe 之间变化。具有低矫顽力的镍锌纳米铁氧体可用于高频应用。这些材料独特的磁性使其非常适合许多应用，例如废水中的金属回收工艺，因为磁性纳米粒子是回收工艺的最合适候选者。
【1】Punia, P., Dhar, R., Ravelo, B. et al. Microstructural, Optical and Magnetic Study of Ni–Zn Nanoferrites. J Supercond Nov Magn 34, 2131–2140 (2021). https://doi.org/10.1007/s10948-021-05967-y