水热合成与溶胶凝胶自蔓延法制备纳米钡铁氧体粉末的研究
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摘要
铁氧体是目前广泛应用与隐身领域的吸波材料之一。铁氧体既具有亚铁磁性又有介电特性，对简谐微波电磁场来说，其相对磁导率和相对介电系数均呈现复数形式。它既能产生磁滞损耗又能产生电致损耗，因而是一种优良的微波吸收材料。以各种铁氧体为基的复合型吸波材料涂层已经引起广泛的重视和研究，但是传统铁氧体材料普遍存在粒径大的缺点。纳米铁氧体是一种性能优良的吸波剂，它不仅能吸收电磁波，而且能偏转、散射电磁波，吸波性能较一般铁氧体更佳。而且纳米铁氧体的比重小，在应用时更为方便。对传统铁氧体材料进行改造，以减小其粒径，是非常重要的研究工作。
本研究的重要工作是纳米铁氧体吸收剂的合成。纳米粒子由于具有特殊的表面效应、体积效应、量子隧道效应，表现出与常规材料不同的物理化学性质，对纳米吸波材料而言，其具有极好的吸波特性，同时具备吸波频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点。纳米吸波材料是吸波材料研究的趋势。
纳米尺寸的铁氧体是对传统铁氧体的改造。通过探索适当的
西北工业大学硕士论文
摘要
合成条件，使铁氧体达到纳米级的要求，从而为制备新型铁氧体
晶体开辟一条新途径。铁氧体的合成方法有很多，我们选用了水
热合成法与溶胶凝胶自蔓延燃烧法，此两种方法都是目前合成铁
氧体的活跃方法，通过对不同条件的探索，确定最佳的合成工艺
条件。
同时，我们又对合成的纳米晶体进行检测与表征。使用X一射
线衍射鉴别晶体结构，通过透射电子显微镜观察粒子的形貌与大
小，X一射线衍射鉴别晶体是钡铁氧体，透射电子显微镜观察粒子
的形态与大小，，发现粒子分散性较好，结晶性良好，形貌为六角
型，通过统计计算粒子粒径，粒子大小处于纳米级，平均粒径为
70nm。
Hexa-ferrites have been used widely in the engineering field because of theirs superior performance. Especially, they are characteristic of low price and perfect absorbability, so they can be an important absorbent in Radar Absorbing Materials. Hexa-ferrites are characteristic of ferromagnetism and conductance, so that they can produce magnetic hysteresis loss and electricity loss. Nano-hexa-ferrites are of good absorbents. Because they can not only absorb electromagnetic wave but also deflect and scatter electromagnetic wave, their absorbability was improved. Moreover, the density of nano-hexa-ferrites was reduced, so they are very easily to be applied.
The purpose of this paper is to synthesize nano-hexa-ferrites. Comparision with normal materials, Nano-materials have special performance because of their special surface effect, volume effect, and quantum effect. A kind of proper template was found in order to synthesis novel nano-ferrites. Various preparation methods have been used to obtain ferrites. In order to meet the requirement of nano-hexaferrites, hydrothermal method and sol-gel self-propagating high-temperature synthesis method were applied. By studying the effects of different precursors, pH value, temperature and time, the optimum conditions were determined, the structure of crystals was studied by X-diffract aat the same time the morphologic and the diameter of crystals were studied by TEM .
本研究的重要工作是纳米铁氧体吸收剂的合成。纳米粒子由于具有特殊的表面效应、体积效应、量子隧道效应，表现出与常规材料不同的物理化学性质，对纳米吸波材料而言，其具有极好的吸波特性，同时具备吸波频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点。纳米吸波材料是吸波材料研究的趋势。
纳米尺寸的铁氧体是对传统铁氧体的改造。通过探索适当的
西北工业大学硕士论文
摘要
合成条件，使铁氧体达到纳米级的要求，从而为制备新型铁氧体
晶体开辟一条新途径。铁氧体的合成方法有很多，我们选用了水
热合成法与溶胶凝胶自蔓延燃烧法，此两种方法都是目前合成铁
氧体的活跃方法，通过对不同条件的探索，确定最佳的合成工艺
条件。
同时，我们又对合成的纳米晶体进行检测与表征。使用X一射
线衍射鉴别晶体结构，通过透射电子显微镜观察粒子的形貌与大
小，X一射线衍射鉴别晶体是钡铁氧体，透射电子显微镜观察粒子
的形态与大小，，发现粒子分散性较好，结晶性良好，形貌为六角
型，通过统计计算粒子粒径，粒子大小处于纳米级，平均粒径为
70nm。
Hexa-ferrites have been used widely in the engineering field because of theirs superior performance. Especially, they are characteristic of low price and perfect absorbability, so they can be an important absorbent in Radar Absorbing Materials. Hexa-ferrites are characteristic of ferromagnetism and conductance, so that they can produce magnetic hysteresis loss and electricity loss. Nano-hexa-ferrites are of good absorbents. Because they can not only absorb electromagnetic wave but also deflect and scatter electromagnetic wave, their absorbability was improved. Moreover, the density of nano-hexa-ferrites was reduced, so they are very easily to be applied.
The purpose of this paper is to synthesize nano-hexa-ferrites. Comparision with normal materials, Nano-materials have special performance because of their special surface effect, volume effect, and quantum effect. A kind of proper template was found in order to synthesis novel nano-ferrites. Various preparation methods have been used to obtain ferrites. In order to meet the requirement of nano-hexaferrites, hydrothermal method and sol-gel self-propagating high-temperature synthesis method were applied. By studying the effects of different precursors, pH value, temperature and time, the optimum conditions were determined, the structure of crystals was studied by X-diffract aat the same time the morphologic and the diameter of crystals were studied by TEM .
引文
(1) 杜仕国。纳米材料的特异效应及其应用。自然杂志，2000，22(2)
(2) 严东生。纳米材料的合成与制各。无机材料学报，1995，10(1)
(3) 华中一。纳米科学与技术。科学，2000，52(5)
(4) 赵东林周万城。纳米雷达波吸收剂的研究和发展。材料工程，1998
(5) 王海。雷达吸波材料的研究现状和发展方向。上海航天，1999
(6) 张立德。纳米材料。化学工业出版社 2000，11
(7) 曾戎，章明秋，曾汉民。高分子复合纳米材料研究进展。宇航材料工艺，1999
(8) JAGGARD DL.Chirosorb T M as invisible medium[J] .Electronics Letter,1989,25(3):47
(9) 程杰，王为。吸波材料的计算机辅助设计。雷达与对抗。2000(2)
(10) 袁杰，王荣国等。多层吸波材料的计算机辅助优化设计。哈尔滨工程大学学报，2000，4(21)
(11) 葛副鼎，库万军，朱静。手性材料及其在隐身吸波材料中的应用[J]。材料导报，1999，13(1)
(12) JAGGARD DL.Chirosorb chirosheild, Electronics Letter,1991,27(1)
(13) JAGGARD DL.Chirosorb;a salisbury/dellenbach sheild alternative .Electronics Letters, 1990,26(17)
(14) 张卫东，冯小云，孟季兰。国外隐身材料研究进展。宇航材料工艺，20003
(15) Zhang C S et al.effcts of deformation on the transformation hysterisis and shape memory effect in a Ni_(47)Ti_(44)Nb_9 alloy scripta Metal.Mater. 1990;24;221～226
(16) 刘春生。等离子体技术在军事领域的应用。international aviation 2000,(12)
(17) 孙宗祥。等离子体隐身技术。国防科技参考，2000，2
(18) 王国强，章平等。纳米复合高分子电磁参数及吸波性能的研究。华中科技大学学报。2001，7，(29)
(19) 徐海江，宇航材料工艺，1987，Nol 2：57-59
(20) 岳振星，周济，张洪国等，硅酸盐学报，1999，VoL27，No4：466-470
(21) 曾祥云，马铁军，李家俊，材料导报，1997，VoL11，No3：57-60
(22) 邓龙江，谢建良，梁飞等，功能材料，1999，VoL30，No2：119-121
(23) 邓龙江，过壁君，宇航材料工艺，1991，No5：46-50
(24) 赵东林，周万城，兵器材料科学与工程，1998，VoL21，No4：58-62
(25) 甘树才，洪广言，张军等，2000，VoL17，No2：219-221
(26) 方道来，郑翠红，朱伟长，功能材料，2000，VoL14，No2：159-162
(27) Y．CHOI，N．ICHO，J Mater Sci Letters，1999，VoL18，No8：655-658
(28) 韩杰才，杜善义。铁氧体的自蔓延高温合成方法。功能材料．1999，30(6)：598
(29) BowenCR, Derby B。British Ceramic Transactions。1997, 96(1): 25
(30) 甘树才，洪广言，张军等。溶胶-凝胶法合成稀土铁氧体过程中的相变与形成机制。中国稀土学报。2001，19(3)：278
(31) 范薇，矿冶，1998，VoL7，No3：62-65
(32) C. Sudakar, GN.Subbanna, Jonural of Electroceramics 6:2,123-134,2001
(33) E.Luccini,S.Meriani,F.Delben,and S.Paoletti,J.Mater.sci., 19,121 (1984)
(34) P.Padmini and T.R.N.Kutty, J.Mater.Chem,4(12),1875(1994)
(35) T.R.N.Kutty and P.Padini,Mater.Res.Bull.,Sci,24,1011(1989)
(36) V.Jayaraman,G.Pedaswami,and T.R.N.Kutty, J.Mater.Chem.,8(4),1087(1998)
(37) 丁子文，翁文剑，溶胶-凝胶技术制备材料的进展，硅酸盐学报，21(5)1993，P443
(38) 全国第一届溶胶凝胶会议论文集，特种玻璃，7(37)1990
(39) 马广成，丁世文，溶胶．凝胶法，现代化工，1989，VOL．9，P48
(40) 李飞跃，用聚丙烯酰胺法制备钡铁氧体超细颗粒，功能材料，23(3)1992，P157
(41) 马广成，丁世文，冷冻干燥法，现代化工，1989，vol，9。P44
(42) 熊纲，杨绪杰，陆路德等，无机材料学报，1998，VoL13，No4：613-618
(43) 张密林，周铭，景晓燕等，硅酸盐通报，1996，No4：22-25
(44) 张密林，周铭，辛艳凤等，硅酸盐学报，1996，VoL24，No6：685-688
(45) 岳振星，周济，张洪国等，无机材料学报，1999，VoL14，No3：375-379
(46) 李新勇，吴鸣，王复东等，96中国材料研讨会文集：158-162
(47) JAE-GWANG LEE, JAE YUN PARK, CHUL SUNG KIM, J Mater Sci, 1998, VoL33, No10:3965-3969
(48) 岳振星，周济，张洪国等。溶胶-凝胶自燃烧法合成Ni-Zn铁氧体纳米粉末。材料研究学报。1999，13(5)：483
(49) Rizkalla A..S. Jones D.W..HalI. G.C. el al. The influence of Spray and Freeze Drying Preparation Methods on the Chemical Compositions of six Feldspatbic Glass Formulations. Br. Ceram. Trans. J. 1991.90(1):1476
(50) 姚志强，王琴。超临界流体干燥法制备Mn-Zn铁氧体超细粉末。磁性材料与器件。1998，29(1)：24
(51) 李新勇，吴鸣，王复东等，96中国材料研讨会文集：158-162
(52) JAE-GWANG LEE, JAEYUNPARK, CHUL SUNGKIM, JMaterSci, 1998, VoL33, No10:3965-3969
(53) 日本专利，85/137021，1985，Appl
(54) 日本专利，85/132896，1985，Appl
(55) 日本专利，85/24659，1987，Appl
(56) 日本专利，85/145205，1987，Appl
(57) 日本专利，85/24661，1987，Appl
(58) 日本专利，88/124757，1988，Appl
(59) S.KORMARNENI, E.FREGEAU, E.BREVAL AND R.ROY, J Amer Ceram Soc, 1988, No71:C-26-C-28
(60) ERAVINDRANATHAN, K.C.PATIL, J Mater Sei, 1987, VoL22, No8: 3261-3264
(61) T.T.SRINVASAN AND P.RAVINDRANATHAN, J Appl Phys, 1985, No63:3789-3793
(62) E.BERMEJO, C.LACOUR, M.QUARTON, J Mater Sci Lett, 1995, No14: 1346-1350
(63) J.H.LEE, D.Y.MAENG, Y.S.KIM, C.W.WON, J Mater Sei Lett, 1999, No18: 1029-1031
(64) 杨晓娟，刘尔生，陈耐生等，应用化学，1998，VoLl5，No5：14-18
(65) 刘颖等，功能材料，1993，VoL24，No1：20-23
(66) P.B.PANDYA, H.H.JOSHI, R.GKULKARNI, J Mater Sei Lett, 1991, VoL10, No8: 474-478
(67) 李新勇，吕功煊，李树本，94秋季材料研讨会低维材料Ⅱ分册：412-417
(68) 王力军，张春雷，李爽等，无机化学学报，1996，VoLl2，No4：377-381
(69) P.B.PANDYA, H.H.JOSHI, R.GKULKARNI, J Mater Sci, 1991, VoL26, No20: 5509-5513
(70) M.ANDRES-VERGES, C.deJULIAN.J.M.GONZALEZ, C.JSERNA, J Mater Sci, 1993, VoL28, No6:2962-2966
(71) C.JCHEN, K.BRIDGER, S.R.Winzerand V.Paivemeker, J Appl Phys, 1988, VoL63, No8:3786-3790
(72) 日本专利，86/208920,1986,Appl．
(73) 日本专利，87/159720,1987,App
(74) 美国专利，478/852,1986,Appl．
(75) 日本专利，87/94810,1987,Appl．
(76) 日本专利，88/106370,1988,Appl．
(77) 马昌贵，微晶磁性材料极其应用开发，磁性材料及器件，1991，22 (3)
(78) 周志刚，铁氧体磁性材料，科学出版社
(79) 马贵昌，高性能磁性材料与微粒子制备技术，磁性材料及器件，25
(4), 1994, P46
(80) J.J.went et al.,Philips Tech.Rev.13,194(152)
(2) 严东生。纳米材料的合成与制各。无机材料学报，1995，10(1)
(3) 华中一。纳米科学与技术。科学，2000，52(5)
(4) 赵东林周万城。纳米雷达波吸收剂的研究和发展。材料工程，1998
(5) 王海。雷达吸波材料的研究现状和发展方向。上海航天，1999
(6) 张立德。纳米材料。化学工业出版社 2000，11
(7) 曾戎，章明秋，曾汉民。高分子复合纳米材料研究进展。宇航材料工艺，1999
(8) JAGGARD DL.Chirosorb T M as invisible medium[J] .Electronics Letter,1989,25(3):47
(9) 程杰，王为。吸波材料的计算机辅助设计。雷达与对抗。2000(2)
(10) 袁杰，王荣国等。多层吸波材料的计算机辅助优化设计。哈尔滨工程大学学报，2000，4(21)
(11) 葛副鼎，库万军，朱静。手性材料及其在隐身吸波材料中的应用[J]。材料导报，1999，13(1)
(12) JAGGARD DL.Chirosorb chirosheild, Electronics Letter,1991,27(1)
(13) JAGGARD DL.Chirosorb;a salisbury/dellenbach sheild alternative .Electronics Letters, 1990,26(17)
(14) 张卫东，冯小云，孟季兰。国外隐身材料研究进展。宇航材料工艺，20003
(15) Zhang C S et al.effcts of deformation on the transformation hysterisis and shape memory effect in a Ni_(47)Ti_(44)Nb_9 alloy scripta Metal.Mater. 1990;24;221～226
(16) 刘春生。等离子体技术在军事领域的应用。international aviation 2000,(12)
(17) 孙宗祥。等离子体隐身技术。国防科技参考，2000，2
(18) 王国强，章平等。纳米复合高分子电磁参数及吸波性能的研究。华中科技大学学报。2001，7，(29)
(19) 徐海江，宇航材料工艺，1987，Nol 2：57-59
(20) 岳振星，周济，张洪国等，硅酸盐学报，1999，VoL27，No4：466-470
(21) 曾祥云，马铁军，李家俊，材料导报，1997，VoL11，No3：57-60
(22) 邓龙江，谢建良，梁飞等，功能材料，1999，VoL30，No2：119-121
(23) 邓龙江，过壁君，宇航材料工艺，1991，No5：46-50
(24) 赵东林，周万城，兵器材料科学与工程，1998，VoL21，No4：58-62
(25) 甘树才，洪广言，张军等，2000，VoL17，No2：219-221
(26) 方道来，郑翠红，朱伟长，功能材料，2000，VoL14，No2：159-162
(27) Y．CHOI，N．ICHO，J Mater Sci Letters，1999，VoL18，No8：655-658
(28) 韩杰才，杜善义。铁氧体的自蔓延高温合成方法。功能材料．1999，30(6)：598
(29) BowenCR, Derby B。British Ceramic Transactions。1997, 96(1): 25
(30) 甘树才，洪广言，张军等。溶胶-凝胶法合成稀土铁氧体过程中的相变与形成机制。中国稀土学报。2001，19(3)：278
(31) 范薇，矿冶，1998，VoL7，No3：62-65
(32) C. Sudakar, GN.Subbanna, Jonural of Electroceramics 6:2,123-134,2001
(33) E.Luccini,S.Meriani,F.Delben,and S.Paoletti,J.Mater.sci., 19,121 (1984)
(34) P.Padmini and T.R.N.Kutty, J.Mater.Chem,4(12),1875(1994)
(35) T.R.N.Kutty and P.Padini,Mater.Res.Bull.,Sci,24,1011(1989)
(36) V.Jayaraman,G.Pedaswami,and T.R.N.Kutty, J.Mater.Chem.,8(4),1087(1998)
(37) 丁子文，翁文剑，溶胶-凝胶技术制备材料的进展，硅酸盐学报，21(5)1993，P443
(38) 全国第一届溶胶凝胶会议论文集，特种玻璃，7(37)1990
(39) 马广成，丁世文，溶胶．凝胶法，现代化工，1989，VOL．9，P48
(40) 李飞跃，用聚丙烯酰胺法制备钡铁氧体超细颗粒，功能材料，23(3)1992，P157
(41) 马广成，丁世文，冷冻干燥法，现代化工，1989，vol，9。P44
(42) 熊纲，杨绪杰，陆路德等，无机材料学报，1998，VoL13，No4：613-618
(43) 张密林，周铭，景晓燕等，硅酸盐通报，1996，No4：22-25
(44) 张密林，周铭，辛艳凤等，硅酸盐学报，1996，VoL24，No6：685-688
(45) 岳振星，周济，张洪国等，无机材料学报，1999，VoL14，No3：375-379
(46) 李新勇，吴鸣，王复东等，96中国材料研讨会文集：158-162
(47) JAE-GWANG LEE, JAE YUN PARK, CHUL SUNG KIM, J Mater Sci, 1998, VoL33, No10:3965-3969
(48) 岳振星，周济，张洪国等。溶胶-凝胶自燃烧法合成Ni-Zn铁氧体纳米粉末。材料研究学报。1999，13(5)：483
(49) Rizkalla A..S. Jones D.W..HalI. G.C. el al. The influence of Spray and Freeze Drying Preparation Methods on the Chemical Compositions of six Feldspatbic Glass Formulations. Br. Ceram. Trans. J. 1991.90(1):1476
(50) 姚志强，王琴。超临界流体干燥法制备Mn-Zn铁氧体超细粉末。磁性材料与器件。1998，29(1)：24
(51) 李新勇，吴鸣，王复东等，96中国材料研讨会文集：158-162
(52) JAE-GWANG LEE, JAEYUNPARK, CHUL SUNGKIM, JMaterSci, 1998, VoL33, No10:3965-3969
(53) 日本专利，85/137021，1985，Appl
(54) 日本专利，85/132896，1985，Appl
(55) 日本专利，85/24659，1987，Appl
(56) 日本专利，85/145205，1987，Appl
(57) 日本专利，85/24661，1987，Appl
(58) 日本专利，88/124757，1988，Appl
(59) S.KORMARNENI, E.FREGEAU, E.BREVAL AND R.ROY, J Amer Ceram Soc, 1988, No71:C-26-C-28
(60) ERAVINDRANATHAN, K.C.PATIL, J Mater Sei, 1987, VoL22, No8: 3261-3264
(61) T.T.SRINVASAN AND P.RAVINDRANATHAN, J Appl Phys, 1985, No63:3789-3793
(62) E.BERMEJO, C.LACOUR, M.QUARTON, J Mater Sci Lett, 1995, No14: 1346-1350
(63) J.H.LEE, D.Y.MAENG, Y.S.KIM, C.W.WON, J Mater Sei Lett, 1999, No18: 1029-1031
(64) 杨晓娟，刘尔生，陈耐生等，应用化学，1998，VoLl5，No5：14-18
(65) 刘颖等，功能材料，1993，VoL24，No1：20-23
(66) P.B.PANDYA, H.H.JOSHI, R.GKULKARNI, J Mater Sei Lett, 1991, VoL10, No8: 474-478
(67) 李新勇，吕功煊，李树本，94秋季材料研讨会低维材料Ⅱ分册：412-417
(68) 王力军，张春雷，李爽等，无机化学学报，1996，VoLl2，No4：377-381
(69) P.B.PANDYA, H.H.JOSHI, R.GKULKARNI, J Mater Sci, 1991, VoL26, No20: 5509-5513
(70) M.ANDRES-VERGES, C.deJULIAN.J.M.GONZALEZ, C.JSERNA, J Mater Sci, 1993, VoL28, No6:2962-2966
(71) C.JCHEN, K.BRIDGER, S.R.Winzerand V.Paivemeker, J Appl Phys, 1988, VoL63, No8:3786-3790
(72) 日本专利，86/208920,1986,Appl．
(73) 日本专利，87/159720,1987,App
(74) 美国专利，478/852,1986,Appl．
(75) 日本专利，87/94810,1987,Appl．
(76) 日本专利，88/106370,1988,Appl．
(77) 马昌贵，微晶磁性材料极其应用开发，磁性材料及器件，1991，22 (3)
(78) 周志刚，铁氧体磁性材料，科学出版社
(79) 马贵昌，高性能磁性材料与微粒子制备技术，磁性材料及器件，25
(4), 1994, P46
(80) J.J.went et al.,Philips Tech.Rev.13,194(152)