燃燒合成制備YFeO及其性能研究

1、-范文最新推薦- 燃燒合成制備YFeO3及其性能研究 摘要:本文研究了鐵酸釔粉體材料的合成技術(shù)，并對其性能進(jìn)行了研究。本實(shí)驗(yàn)中使用燃燒合成的方法來制備鐵酸釔粉體材料。實(shí)驗(yàn)過程中，通過改變?nèi)紵铣蛇^程中的各項(xiàng)參數(shù)，包括改變反應(yīng)物Y(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O以及尿素等的配比、設(shè)定不同的燃燒反應(yīng)溫度等手段，制備出一系列不同的鐵酸釔粉體材料。然后使用 XRD、SEM等分析手段對制備出的不同的鐵酸釔樣品粉體進(jìn)行分析表征。根據(jù)對分析結(jié)果的比較來確定最佳的燃燒合成鐵酸釔粉體的實(shí)驗(yàn)方案，從而優(yōu)化燃燒合成鐵酸釔的成熟工藝。研究中發(fā)現(xiàn)，尿素的添加量是合成純相鐵酸

2、釔的主要影響因素，其直接影響反應(yīng)產(chǎn)物中目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量以及雜質(zhì)的含量；燃燒溫度也是影響反應(yīng)產(chǎn)物純度的一個(gè)重要因素，而且燃燒溫度的選擇直接影響氧化還原反應(yīng)的程度以及所得目標(biāo)產(chǎn)物的顆粒尺寸。關(guān)鍵詞： 鐵酸釔；燃燒合成；尿素；磁光材料 3877Combustion synthesis of YFeO3 and its propertiesAbstract：The content of this paper is the synthesis technology of YFeO3 powder material,and its performance are studied. In this exper

3、iment, combustion synthesis method is used torepare YFeO3 powder material. Experiment process, by changing the parameters in the processof combustion synthesis, including changing the ratio of reactant Y(NO3)3· 6H2O 、Fe(NO3)3·9H2O and urea, set different combustion reaction temperature

4、, to prepare a series ofdifferent YFeO3 powder materials. And then use the analytical means such as XRD, SEM forthe preparation of the samples of different YFeO3 powders were analyzed. To determine theoptimum combustion synthesis of YFeO3powder experiment scheme according to the 3.2 實(shí)驗(yàn)的影響因素233.2.1燃燒

5、方式的影響233.2.2尿素添加量的影響243.2.3燃燒溫度的影響253.2.4 熱處理對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響26第四章 結(jié)論.29參考文獻(xiàn)30致謝31 ,3877第一章緒論1.1 鐵酸釔材料簡介1.1.1鐵酸釔材料發(fā)展歷史歷史上對光和磁的關(guān)系的探索也是一個(gè)很重要的問題，雖則這個(gè)問題沒有電磁現(xiàn)象那樣突出，但是就其所達(dá)到的理論高度和為之所以付出的努力而言，前者是不遜于后者的。人類對光磁的關(guān)系的認(rèn)識，是從晶體的自然旋光性現(xiàn)象開始的，阿喇戈發(fā)現(xiàn)的偏振光通過石英晶體的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象（1811年）和法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象（1821年）是一組類似的現(xiàn)象。后來經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐，磁光材料被開始應(yīng)用于器件的制作

6、，磁光晶體也在其中逐漸發(fā)現(xiàn)并加以應(yīng)用。釔是稀土元素。稀土元素是指鈧、釔和全部鑭系元素。由于它們在地殼中的含量稀少，它們的氧化物與氧化鈣等土族元素性質(zhì)相似，因而得名。由于稀土元素分布分散，往往雜亂成礦，再加上它們性質(zhì)彼此很相似，所以發(fā)現(xiàn)、分離以及分析它們都比較困難。釔和另一稀土元素鈰是稀土元素中在地殼中含量較大的兩種元素，因而它們在稀土元素中首先被發(fā)現(xiàn)。歐洲北部斯堪的納維亞半島上的挪威和瑞典是稀土元素礦物比較豐富的產(chǎn)地，因而這兩種元素在這個(gè)地區(qū)最先被發(fā)現(xiàn)。鐵酸釔（YFeO3）擁有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，從而具有獨(dú)特的磁性能、磁光和光磁 驗(yàn)結(jié)果的分析，確定YFeO3是直接帶隙半導(dǎo)體，能隙Eg約為2.2

7、2eV。通過對介電函數(shù)、吸收系數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，闡明了YFeO3晶體和納米晶在可見光范圍具有較好的吸收特性，是潛在的可見光催化材料。1.1.3鐵酸釔材料的應(yīng)用及原理近年來，鐵電磁材料引起了人們極大的興趣，并且已經(jīng)成為當(dāng)前新型功能材料研究的熱點(diǎn)之一。鐵酸釔材料同時(shí)具有鐵電性和磁性，可由電場誘導(dǎo)產(chǎn)生磁場，同時(shí)磁場也可以誘發(fā)電極化，這種磁和電的相互控制在信息存儲、自旋電子器件、磁傳感器以及電容-電感一體化器件方面都有極其重要的應(yīng)用前景。同時(shí)，鐵酸釔具備良好的磁光特性， 可以作為優(yōu)質(zhì)的磁光材料。磁光（magneto-optical，MO)效應(yīng)是指在磁場的作用下，物質(zhì)的電磁特性（如磁導(dǎo)率、介電常數(shù)、磁

8、化強(qiáng)度、磁疇結(jié)構(gòu)、磁化方向等）會發(fā)生變化，因而使通過它的光的傳輸特性 （如偏振狀態(tài)、光強(qiáng)、相位、頻率、傳輸方向等）也隨之發(fā)生變化。光在磁場作用下通過這些物質(zhì)時(shí)傳輸特性發(fā)生的變化。這些效應(yīng)應(yīng)用最廣泛的是法拉第效應(yīng)，這樣反映磁光材料的主要性能指標(biāo)包括：比法拉第旋轉(zhuǎn)θ F、光吸收系數(shù)、比法拉第旋轉(zhuǎn)溫度系數(shù)、比法拉第旋轉(zhuǎn)波長系數(shù)和磁光優(yōu)值等。 圖1.2 YFeO3 晶體比法拉第旋轉(zhuǎn)波長系數(shù)磁光材料是指自紫外到紅外波段具有磁光效應(yīng)的光信息功能材料，石榴石結(jié)構(gòu)的Y3Fe5O12（YIG）是目前研究的最多的磁光晶體，可制成磁光開關(guān)、調(diào)制器、偏轉(zhuǎn)器、傳感器等光學(xué)器件，特別是作為隔離器中的法拉第轉(zhuǎn)子

9、材料，廣泛應(yīng)用于光纖通信等領(lǐng)域。但是，YIG 晶體的法拉第旋轉(zhuǎn)角較小，飽和磁化強(qiáng)度較高，不利于器件的小型化。 屬或者非金屬外加劑，染料敏化或調(diào)解為半導(dǎo)體所具有的窄能帶隙。此外，尋找一種新的窄能帶隙的光催化劑，且這種新的光催化劑具有高的可見光催化活性是實(shí)現(xiàn)高效可見光光催化劑的合理措施。由于鐵酸釔對于光和熱的穩(wěn)定性能良好，YFeO3作為一種穩(wěn)定窄禁帶半導(dǎo)體（Eg=2.6eV），光譜吸收范圍較寬，因而鐵酸釔材料也是很有潛力的光催化材料4。研究揭示，YFeO3在藍(lán)色激光二極管、磁場傳感器和磁光數(shù)據(jù)存儲器件方面有重要的應(yīng)用前景。Butler 等1較早報(bào)道了 YFeO3是一種穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料，帶隙（Eg）

10、約為2.58eV,由于該種晶體的帶隙較窄，在光催化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。Wu 等5報(bào)道了YFeO3 納米晶體在可見光范圍具有光催化活性，最長吸收波長達(dá) 663nm，Lu 等報(bào)道了YFeO3 納米晶在紫外線和可見光范圍具有光催化活性，其吸收邊約為 600nm，陳旬等6報(bào)道用自生長燃燒法合成了平均尺度為 55nm 的 YFeO3晶粒，樣品的吸收邊為 550nm，其他研究者也在嘗試將YFeO3納米晶用于光催化技術(shù)。目前關(guān)于YFeO3光學(xué)性質(zhì)及光催化的研究多限于實(shí)驗(yàn)方面，上述研究結(jié)果給出的帶隙及與此相關(guān)的光吸收數(shù)據(jù)存在明顯的不一致，需要進(jìn)一步研究，而系統(tǒng)的理論研究，特別是第一性原理計(jì)算研究尚未見報(bào)道

11、。對于粉體而言，納米級別材料的合成對于發(fā)展先進(jìn)材料十分重要，因?yàn)榧{米材料通常具有與散裝物料相反的非常小尺寸的顆粒（100nm）屬性。在納米材料中大量增加的特定的表面/界面具有大量的化學(xué)活性的中心，這其中要求有高效和選擇性的催化劑。此外，納米材料在磁性，電光性，電子和機(jī)械性能可以被應(yīng)用到現(xiàn)代先進(jìn)性應(yīng)用，可帶來 為一個(gè)重要的發(fā)展趨勢，因而制備與合成符合發(fā)展要求的高質(zhì)量的鐵酸釔納米粉體材料也成為一個(gè)重要需求。稀土RFeO3系列材料被通稱為稀土正鐵氧體材料，由于這一系列材料獨(dú)特的磁性能、磁光和光磁性能，它們一直受到物理學(xué)家和材料學(xué)家的關(guān)注，研究內(nèi)容不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，可制成磁光開關(guān)、調(diào)制

12、器、偏轉(zhuǎn)器、傳感器等光學(xué)器件，特別是作為隔離器中的法拉第轉(zhuǎn)子材料，廣泛應(yīng)用于光纖通信等領(lǐng)域。它與目前研究的大多數(shù)磁光晶體(如石榴石結(jié)構(gòu)的 Y3Fe5O12 晶體相比有更大的法拉第旋轉(zhuǎn)角和更低的飽和磁化強(qiáng)度。RFeO3 晶體在近紅外波段有很高的磁光優(yōu)值，矩形磁滯回線，飽和磁化強(qiáng)度比較低，具有很強(qiáng)的各向異性，居里溫度在 600-700K 之間，磁疇尺寸可以達(dá)到 0.7mm，因此疇壁運(yùn)動范圍很大，疇壁運(yùn)動速度在磁性介質(zhì)中是最快的(可達(dá)20km/s)。特別是在1990年以后，研究者將這一系列材料的法拉第偏轉(zhuǎn)效應(yīng)和獨(dú)特的磁疇運(yùn)動相結(jié)合進(jìn)行器件設(shè)計(jì)，在快速磁光開關(guān)，磁光傳感器，光點(diǎn)位置測定等應(yīng)用方面顯示了突出的優(yōu)勢。另外，2004， 2005年的Nature上也先后報(bào)道了關(guān)于RFeO3的最新應(yīng)用動態(tài)。 2004年，A.V.Kimel等人使用超短的激光脈沖，在TiFeO3單晶片上實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)皮秒的自旋重取向，而