片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法
2023-09-20 11:58:40 1
片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法
【專利摘要】片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法。水熱法因其不可視性為製備過程中的控制帶來困難，化學共沉澱法因生成沉澱多呈膠體狀態不易過濾和洗滌。本發明方法步驟包括：（1）按尖晶石型鐵氧體的化學計量比稱取A，A′，B位的硝酸鹽;（2）根據A，A′，B位金屬離子價態的不同按比例稱取檸檬酸；（3）將稱取的硝酸鹽和檸檬酸放入燒杯中加入蒸餾水溶解成混合溶液；（4）將混合溶液置於50℃水浴中，用氨水調節pH值，然後升高水浴溫度到90℃，在恆溫水浴中24h蒸乾；（5）將蒸乾後的溶膠放入烘箱中，得到幹凝膠；（6）將得到的幹凝膠放入陶瓷蒸發皿中，在電爐上進行灰化；（7）將灰化後的樣品研磨後放入箱式電阻爐中焙燒，自然冷卻後得樣品粉末。本發明應用於無機非金屬材料。
【專利說明】片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及本發明涉及一種片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法。
[0002]【背景技術】:
尖晶石型鐵氧體具有良好的磁性、介電性、吸波性能、電磁性能，在生物醫學、信息存儲、軍事屏蔽、催化磁流體等各個領域有廣泛的應用，是當前材料科學領域研究的熱門方向。其結構為面心立方結構，通式為A(2+)Fe204。這種結構的光電子被激發，從價帶轉移嚮導帶，從而產生電子-空穴對，可以氧化有機物，具有催化性能而引起人們的興趣與重視。
[0003]在以往的研究中，人們多數都以製備出尖晶石型結構的催化材料為目的，研究針對於使用不同化學元素組成，來提高催化效果，以至於製備出的材料形貌上一般都為納米顆粒。然而光催化過程發生在催化材料的表面，材料的形貌在研究光催化時起到非常關鍵的作用。目前在該領域的報導中也出現了尖晶石結構催化材料的納米線，納米棒等的不同形態，研究發現不同的形貌與催化性質有很大關聯。
[0004]尖晶石型鐵氧體的製備方法很多，常見的有傳統陶瓷工藝法、熔鹽法、水熱法、凝膠-溶膠法、高分子吸附法、共沉澱法、噴霧分解法、自蔓延燃燒法等。其中水熱法不需要高溫煅燒，避免了此過程中晶粒的長大、缺陷形成和雜質引入，但因其不可視性為製備過程中的控制帶來困難。化學共沉澱法工藝簡單，但是由於生成沉澱多呈膠體狀態，因此不易過濾和洗滌，而且實際生長中需要耐高溫的設備。 [0005]
【發明內容】
:
本發明的目的是提供一種片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法。
[0006]上述目的通過以下技術方案實現:
一種片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，該方法步驟包括:
(1)按尖晶石型鐵氧體的化學計量比稱取A，A'，B位的硝酸鹽；
(2)根據A，A'，B位金屬離子價態的不同按比例稱取檸檬酸；
(3)將稱取的硝酸鹽和檸檬酸放入燒杯中加入蒸餾水溶解成混合溶液；
(4)將混合溶液置於50°C水浴中，用氨水調節pH值,然後升高水浴溫度到90°C,在恆溫水浴中24 h蒸乾；
(5)將蒸乾後的溶膠放入烘箱中，得到幹凝膠；
(6)將得到的幹凝膠放入陶瓷蒸發皿中，在電爐上進行灰化；
(7)將灰化後的樣品研磨後放入箱式電阻爐中焙燒，自然冷卻後得樣品粉末。
[0007]—種片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，所述的步驟(1)中所述的A是Co和Zn等，所述的A'是Ca和Cu等,所述的B是Fe。
[0008]上述的片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，所述的步驟(2)中所述的檸檬酸用量為按化學計量比計算後摩爾量的120 %。
[0009]上述的片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，所述的步驟(3)中將所述的硝酸鹽和檸檬酸置於燒杯中，一次加入一定量的蒸餾水，溶解後形成混合溶液。
[0010]上述的片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，所述的步驟(4)中所述的混合溶液在調節pH值時，要控制pH值為6~7。
[0011]上述的片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，所述的步驟(5)中將所述的烘箱溫度調節為140 °C，烘乾時間為24 h。
[0012]上述的片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，所述的步驟(6)中所述的灰化溫度為180~200 °C，灰化時間為3~5 min。
[0013]上述的片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，所述的步驟(7)中所述的焙燒溫度為750~1050°C，焙燒時間為3~7 h。
[0014]上述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的金屬硝酸鹽、檸檬酸和所述的氨水純度均不低於化學純。
[0015]有益效果:
1.本發明是在傳統的溶膠-凝膠法上，改進了其工藝過程，就是不將硝酸鹽原料配成溶液使用，而是採取統一溶解配成混合溶液的形式，這樣不僅使形成凝膠的時間大大縮短，而且得到的產物形貌均為片層狀結構，且光催化效果極佳，3小時內超過95%。
[0016]2.溶膠-凝膠法合成溫度低、成分容易控制，工藝、設備簡單，容易獲得組成、結構均勻、顆粒細小的粉體；凝膠-溶膠法還具有化學計量比準確、易於改性、摻雜量的範圍寬等特點，也是目前使用最多的製備方法。
[0017]3.本發明中所用的稀土氧化物，金屬硝酸鹽，檸檬酸，氨水純度均不低於化學純。
[0018]4.本發明採用改進後的溶膠-凝膠法製備尖晶石型鐵氧體，再加入其餘元素的原料，製備出片層狀尖晶石型鐵氧`體，片層厚度為納米級。
[0019]5.本發明工藝相對與其它溼法化學合成片層狀尖晶石型鐵氧體的方法過程簡單，易於控制，操作容易，大大降低了成本。
[0020]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為實例I片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的XRD圖譜；
圖2為實例I片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的掃描電鏡SEM照片；
圖3為實例I片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的磁滯回線；
圖4為實例I片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的光催化降解曲線；
圖5為實例2片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的XRD圖譜；
圖6為實例2片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的掃描電鏡SEM照片；
圖7為實例2片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的磁滯回線；
圖8為實例2片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的光催化降解曲線；
圖9為實例3片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的XRD圖譜；
圖10為實例3片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的掃描電鏡SEM照片；
圖11為實例3片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的磁滯回線；
圖12為實例3片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的光催化降解曲線。
[0021]【具體實施方式】:
實施例1:
一種片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，其步驟包括:
(1)按尖晶石型鐵氧體的化學計量比稱取A，A'，B位的硝酸鹽；
(2)根據A，A'，B位金屬離子價態，稱取檸檬酸；(3)將稱取的硝酸鹽和檸檬酸放入燒杯中加入蒸餾水溶解成混合溶液；
(4)將混合溶液置於50°C水浴中，用氨水調節pH值,然後升高水浴溫度到90°C,在恆溫水浴中24 h蒸乾；
(5)將蒸乾後的溶膠放入烘箱中，得到幹凝膠；
(6)將得到的幹凝膠放入陶瓷蒸發皿中，在電爐上進行灰化；
(7)將灰化後的樣品研磨後放入箱式電阻爐中焙燒，自然冷卻後得樣品粉末。
[0022]實施例2:
實施例1所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的步驟(1)中所述的A是Co和Zn，所述的A'是Ca和Cu，所述的B是Fe。
[0023]實施例3:
實施例1或2所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的步驟(2)中所述的檸檬酸用量為按化學計量比計算後摩爾量的120 %。
[0024]實施例4:
實施例1或2或3所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的步驟(3)中將所述的硝酸鹽和檸檬酸置於燒杯中，加蒸餾水，溶解後形成混合溶液。
[0025]實施例5:
實施例1或2或3或4所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的步驟(4)中所述的混合溶液在調節pH值時，要控制pH值為6~7。
[0026]實施例6:
實施例1或2或3或4或5所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的步驟(5)中將所述的烘箱溫度調節為140 °C，烘乾時間為24 h。
[0027]實施例7:
實施例1或2或3或4或5或6所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的步驟(6)中所述的灰化溫度為180~200 °C，灰化時間為3~5 min。
[0028]實施例8:
實施例1或2或3或4或5或6或7或8所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的步驟(7)中所述的焙燒溫度為750~1050°C，焙燒時間為3~7 h。
[0029]實施例9:
實施例1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，所述的硝酸鹽、檸檬酸和所述的氨水純度化學純以上。
[0030]實施例10:
製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法:
焙燒溫度為850°C、焙燒時間為5h時，片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的製備步驟如下:
(1)按片層狀尖晶石型鐵氧體的化學計量比稱取的Fe(NO3)3 20.2g，Co (NO3)2 3.64g，Ca(NO3)2 2.95g 和檸檬酸 16.81 Ig;
(2)將稱取的Fe(NO3) 3，Co (NO3)2, Ca(NO3)2和檸檬酸放入燒杯中，加入100 mL蒸餾水溶
解；
(3)將完全溶解的混合溶液在50°C水浴中進行充分反應,待完全溶解後用氨水調節pH值至7左右，然後將水浴調節至90°C，水浴24h ；
(4)再將反應物放入乾燥箱中在140°C下烘乾24h；
(5)對烘乾後的凝膠進行灰化，灰化溫度180°C，3min;
(6)將灰化後的產物研磨後放入箱式電阻爐中，焙燒850°C，5h，自然冷卻後得Caa5Coa5Fe2O4 樣品粉末；
(7)測試粉末樣品的XRD如圖1;
(8)測試粉末樣品的掃描電鏡SEM如圖2;
(9)測試粉末樣品的磁性如圖3；
(10)測試粉末樣品的光催化性能如圖4。
[0031]實施例11:
製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法:
焙燒溫度為750°C、焙燒時間為5h時，片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的製備如
下:
(1)按片層狀尖晶石型鐵氧體的化學計量比稱取的Fe(NO3)3 20.2g，Co (NO3)2 3.64g，Ca(NO3)2 2.95g 和檸檬酸 16.81 Ig;
(2)將稱取的Fe(NO3) 3，Co (NO3)2, Ca(NO3)2和檸檬酸放入燒杯中，加入100 mL蒸餾水溶
解；
(3)將完全溶解的混合溶液在50°C水浴中進行充分反應,待完全溶解後用氨水調節pH值至7左右，然後將水浴調節至90°C，水浴24h ；
(4)再將反應物放入乾燥箱中在140°C下烘乾24h；
(5)對烘乾後的凝膠進行灰化，灰化溫度180°C，3min;
(6)將灰化後的產物研磨後放入箱式電阻爐中，焙燒750°C，5h，自然冷卻後得Caa5Coa5Fe2O4 樣品粉末；
(7)測試粉末樣品的XRD如圖5;
(8)測試粉末樣品的掃描電鏡SEM如圖6;
(9)測試粉末樣品的磁性如圖7；
(10)測試粉末樣品的光催化性能如圖8。
[0032]實施例12:
焙燒溫度為850°C、焙燒時間為3h時，片層狀尖晶石型鐵氧體Caa5Coa5Fe2O4的製備步驟如下:
(1)按片層狀尖晶石型鐵氧體的化學計量比稱取的Fe(NO3)3 20.2g，Co (NO3)2 3.64g，Ca(NO3)2 2.95g 和檸檬酸 16.81 Ig;
(2)將稱取的Fe(NO3) 3，Co (NO3)2, Ca(NO3)2和檸檬酸放入燒杯中，加入100 mL蒸餾水溶
解；
(3)將完全溶解的混合溶液在50°C水浴中進行充分反應,待完全溶解後用氨水調節pH值至7左右，然後將水浴調節至90°C，水浴24h ；
(4)再將反應物放入乾燥箱中在140°C下烘乾24h；
(5)對烘乾後的凝膠進行灰化，灰化溫度180°C，3min;
(6)將灰化後的產物研磨後放入箱式電阻爐中，焙燒850°C，3h，自然冷卻後得Caa5Coa5Fe2O4 樣品粉末；
(7)測試粉末樣品的XRD如圖9;
(8)測試粉末樣品的掃描電鏡SEM如圖10;
(9)測試粉末樣品的磁性如圖11；
(10)測試粉末樣品的光催化性`能如圖12。
【權利要求】
1. 一種片層狀尖晶石型鐵氧體的製備方法，其特徵是:其方法步驟包括: (1)按尖晶石型鐵氧體的化學計量比稱取A，A'，B位的硝酸鹽； (2)根據A，A'，B位金屬離子價態，稱取檸檬酸； (3)將稱取的硝酸鹽和檸檬酸放入燒杯中加入蒸餾水溶解成混合溶液； (4)將混合溶液置於50°C水浴中，用氨水調節pH值,然後升高水浴溫度到90°C,在恆溫水浴中24 h蒸乾； (5)將蒸乾後的溶膠放入烘箱中，得到幹凝膠； (6)將得到的幹凝膠放入陶瓷蒸發皿中，在電爐上進行灰化； (7)將灰化後的樣品研磨後放入箱式電阻爐中焙燒，自然冷卻後得樣品粉末。
2.根據權利要求1所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，其特徵是:所述的步驟(I)中所述的A是Co和Zn,所述的k'是Ca和Cu,所述的B是Fe。
3.根據權利要求1或2所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，其特徵是:所述的步驟(2)中所述的檸檬酸用量為按化學計量比計算後摩爾量的120 %。
4.根據權利要求1或2或3所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，其特徵是:所述的步驟(3)中將所述的硝酸鹽和檸檬酸置於燒杯中，加蒸餾水，溶解後形成混合溶液。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，其特徵是:所述的步驟(4)中所述的混合溶液在調節pH值時，要控制pH值為6~7。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，其特徵是:所述的步驟(5)中將所述的烘箱溫度調節為140 °C，烘乾時間為24 h。
7.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，其特徵是:所述的步驟(6)中所述的灰化溫度為180~200 °C，灰化時間為3~5 min。
8.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，其特徵是:所述的步驟(7)中所述的焙燒溫度為750~1050°C，焙燒時間為3~7 h。
9.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的製備片層狀尖晶石型鐵氧體的方法，其特徵是:所述的硝酸鹽、檸檬酸和所述的氨水純度化學純以上。
【文檔編號】C01G51/00GK103641176SQ201310737238
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】亓淑豔, 胥煥巖, 徐妍 申請人:哈爾濱理工大學