形貌可控的Fe3O4納米粒子的水熱合成及磁性能研究

1、形貌可控的Fe3O4納米粒子的水熱合成及磁性能研究圖2 樣品微觀形貌的SEM照片(a) 樣品1的低倍數(shù)SEM照片；(b)樣品1的高倍數(shù)SEM照片; (c) 樣品2的低倍數(shù)SEM照片；(d) 樣品2的高倍數(shù)SEM照片;(e) 樣品3的低倍數(shù)SEM照片；(f) 樣品3的高倍數(shù)SEM照片.制備得到的Fe3O4納米粒子的微觀形貌如圖2所示。從圖中可以看出，反響條件不同，所得樣品的形貌大不相同。圖2a為樣品1的低倍SEM照片，制備得到的Fe3O4納米粒子主要由直徑約為100250nm，長(zhǎng)度約為35m的納米棒組成。粒子尺寸如掃描電鏡圖像所示分布范圍較窄，但中間夾雜著少量不同形狀和尺寸的Fe3O4粒子，并有

2、一些小的Fe3O4納米粒子附著在納米棒上，這可能是最初的反響產(chǎn)物以及粒子間的靜磁相互作用或結(jié)晶不夠完全所致。圖2b為樣品1的高倍SEM照片，由圖片可以看出，納米棒整體比擬光滑，但其外表上有疊加的痕跡，說(shuō)明棒狀的納米粒子并非是初級(jí)粒子，而是由Fe3O4初級(jí)粒子經(jīng)歷二次成核和二次生長(zhǎng)得到的。圖2c為樣品2的低倍SEM照片，產(chǎn)物主要為四方體形狀的Fe3O4粒子。粒子尺寸分布均勻，且分散性較好，粒徑的平均尺寸大約為1左右。圖2d為樣品2的高倍SEM照片，由圖片可以看出，四方體的外表附有大量薄片狀的Fe3O4納米粒子，并且四方體的楞上有明顯的的疊加痕跡，意味著四方體形納米粒子也是由Fe3O4初級(jí)粒子經(jīng)歷

3、二次成核和生長(zhǎng)得到的二次晶化粒子。圖2e和2f為把實(shí)驗(yàn)1中反響溶劑高純水換成丙醇而其他反響條件不變時(shí)所獲得的樣品3的SEM照片水熱法物理論文，由圖片可以看出，所制得的Fe3O4納米粒子主要呈球形，粒徑的平均尺寸大約為30nm左右，團(tuán)聚現(xiàn)象比擬嚴(yán)重。這主要是由于樣品3的球形Fe3O4納米粒子的結(jié)晶性較差造成的，而且Fe3O4本身具有磁性，又是納米級(jí)，顆粒比外表能很大，粒子之間吸引比擬強(qiáng)烈等都易導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象的產(chǎn)生。2.2 樣品的磁性能分析與討論材料的磁性能被認(rèn)為高度依賴于樣品的形貌、結(jié)晶性、磁化方向等。為了研究Fe3O4納米粒子形貌與其磁性的關(guān)系，用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)定了不同形貌的Fe3O4納米粒子

4、的室溫磁滯回線，所有產(chǎn)物均顯示鐵磁性，如圖3所示。圖中的插圖顯示了低場(chǎng)磁滯回線的放大局部。樣品的飽和磁化強(qiáng)度Ms、剩余磁化強(qiáng)度Mr和矯頑力Hc的值列于表1中論文格式。圖3 樣品的室溫磁滯回線(1)棒形Fe3O4納米粒子 (2) 四方體形Fe3O4納米粒子 (3) 球形Fe3O4納米粒子表1 Fe3O4納米粒子試樣的磁性參數(shù) 參數(shù) 樣品 Ms (emu/g) Mr (emu/g) Hc (Oe) 1棒形 44.7 16.2 149 2四方體形 39.0 13.0 230 3 球形 32.1 11.3 157 從表1可以看出，棒形和四方體形貌的Fe3O4納米粒子的飽和磁化強(qiáng)度都比球形Fe3O4納米

5、粒子的飽和磁化強(qiáng)度高，其中納米棒的最高。四方體Fe3O4納米粒子的矯頑力明顯高于其他形貌的Fe3O4納米粒子。這主要是因?yàn)椴牧系拇判阅苁芎芏嘁蛩氐挠绊懀缌匠叽?、結(jié)構(gòu)、形貌、結(jié)晶狀況、晶格缺陷以及磁化方向等。在本研究中，球形Fe3O4納米粒子的Ms最低，這主要?dú)w因于其較差的結(jié)晶性和較小的晶粒尺寸，據(jù)報(bào)道，磁性粒子的飽和磁化強(qiáng)度隨著粒徑尺寸的增大或結(jié)晶性的提高而增大。從XRD譜圖中其寬而強(qiáng)度較弱的衍射峰和SEM照片中其粒子分散性差，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重等都可以看出球形Fe3O4納米粒子的結(jié)晶性較差，由SEM圖片還可以看出，球形Fe3O4納米粒子的顆粒尺寸明顯比棒形和四方體形的小，所以其飽和磁化強(qiáng)度和

6、剩余磁化強(qiáng)度較小。而Fe3O4納米棒相對(duì)較高的Ms和較低的Hc主要是由于其形狀各向異性引起的。從前面的XRD圖譜上可以看到Fe3O4納米四方體的衍射峰相對(duì)于納米棒的衍射峰強(qiáng)度明顯變大且峰寬變窄，特別是強(qiáng)衍射峰311銳化最為明顯。說(shuō)明四方體Fe3O4納米粒子比棒形Fe3O4納米粒子具有更好的結(jié)晶性，但其飽和磁化強(qiáng)度卻低于棒形Fe3O4納米粒子，說(shuō)明影響其磁性能的主要因素并不是結(jié)晶性而是其形貌。眾所周知，對(duì)于棒狀磁性材料，其退磁作用可表示為，ND為退磁因子，L為棒長(zhǎng)水熱法物理論文，d為直徑，對(duì)很長(zhǎng)的棒可認(rèn)為L(zhǎng)=，ND=0，所以棒狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于分散的納米粒子顯示了一個(gè)更小的退磁因子ND，退磁因子ND減

7、小的結(jié)果使得飽和磁化強(qiáng)度增加，所以棒的飽和磁化強(qiáng)度比其它粒子的高。根據(jù)磁性物理學(xué)的根本定理，其中為矯頑力，k為磁晶各向異性能，Ms為飽和磁化強(qiáng)度，自然也就理解其較低而四方體Fe3O4納米粒子的較高的原因了。因此，除了結(jié)晶狀況等影響因素外，形貌也是決定納米粒子磁性能的一個(gè)重要因素。3 結(jié)論總之，我們通過(guò)調(diào)控反響前驅(qū)物和反響介質(zhì)，利用一種簡(jiǎn)單的水熱路線成功合成了球形、四方體形以及棒形等Fe3O4納米粒子；通過(guò)對(duì)所制備的Fe3O4產(chǎn)物的磁性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)形貌對(duì)其磁性有很大的影響，球形、四方體形、棒形Fe3O4納米粒子的飽和磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度依次增強(qiáng)，但四方體形Fe3O4納米粒子的矯頑力明顯高于

8、其他形貌的Fe3O4納米粒子。說(shuō)明，控制合成具有不同形貌的Fe3O4納米粒子不管對(duì)于根底研究還是潛在的應(yīng)用價(jià)值來(lái)說(shuō)，都具有重大的意義。參考文獻(xiàn)：【1】周蒞霖，況錦銘，袁金穎，化學(xué)進(jìn)展，212021，1880【2】張全勤，張繼文，納米技術(shù)新進(jìn)展國(guó)防工業(yè)出版社，北京，2005，88【3】武利民，中國(guó)涂料，32001，33【4】Zeng H . Li J . LiuJ . P . et al.，Nature , 420 (2002), 395【5】Klabunde K . J.， Nanoscale Materials in Chemistry(Wiley-Interscience，New York

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