[发明专利]一种合成系列单分散稀土掺杂钴铁氧体纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成系列单分散稀土掺杂钴铁氧体纳米颗粒的制备方法，属于无机化合物半导体材料制备技术领域。

背景技术

铁氧体材料由于具有电阻率高，在微波低频段具有较高的磁导率及成本低等特点，在航天军工及民用磁学领域占有重要地位，将其作为吸波材料，能有效吸收具有微波频率的电磁波，改善飞机、坦克、舰船、导弹、鱼雷等武器装备的隐身性能。但是由于单一的铁氧体工作频带很窄，通常需要添加其他介质对其性能进行改善。稀土元素具有被最外层电子所屏蔽的未成对4f电子结构，因而它们的原子和离子具有特殊的电磁性能。人们发现，将一定量的稀土元素添加到铁或锰的氧化物中时，能进一步改善铁氧体材料的磁学性质及吸波性能。因此，稀土掺杂钴铁氧体材料的合成和性质研究成为广泛研究的热点。

目前对稀土掺杂钴铁氧体材料的制备所用到的方法主要为溶胶凝胶法，即产物通过对可溶性金属盐如氯化物或硝酸盐按照一定的比例混合溶解，在一定温度下使溶液缓慢蒸发得到溶胶，然后干燥成胶，经过高温焙烧而得。如北京大学严纯华教授课题组通过溶胶-凝胶法制备了稀土掺杂的钴铁氧体纳米晶薄膜(J.Appl.Phys.85卷，2782页，1999年)。在公开号分别为CN101367647和CN101452756A的专利中，西北大学的黄英等利用溶胶-凝胶法制备了镧掺杂和铈掺杂的纳米钡铁氧体薄膜。然而，由于该方法通常需要较高的温度(800℃以上)和较长的时间(12小时以上)，不利于节约能源，提高效率。同时，由于该方法对成核生长速率缺乏有效的控制，目前所得到的产物主要存在尺寸可调性差及分布不均匀等缺点，影响到材料的性能和应用。开发一种尺寸均匀可调，分散性好，且产物质量稳定，重复性好的制备方法是目前存在的一大挑战。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种设备简单、易于实现控制、工艺重复性好、产品质量稳定的组成和尺寸可控的一种合成系列单分散稀土掺杂钴铁氧体纳米颗粒的制备方法。

本发明提供一种合成系列单分散稀土掺杂钴铁氧体纳米颗粒的制备方法，采用化学溶液法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：向高沸点有机溶剂(纯度大于85％)中加入三种不同的金属盐，分别为铁盐、钴盐和稀土盐(均为分析纯，即大于99.9％)，搅拌均匀，制成金属离子总摩尔浓度为0.02～0.2mol/L的混合溶液；上述三种金属盐之间添加的比例范围满足金属离子摩尔比为Co²⁺∶Fe³⁺∶RE³⁺＝1∶(1.88～1.99)∶(0.01～0.12)；

所述的高沸点有机溶剂选自二苯醚或二卞醚中的一种。

所述的三种不同的金属盐分别选自铁、钴及稀土的乙酰丙酮盐或苯甲酸盐，其中稀土盐满足与要制备的稀土掺杂钴铁氧体中的稀土相同。如乙酰丙酮合铁(III)、乙酰丙酮合钴(II)及苯甲酸稀土(III)。

步骤二：向混合溶液其中进一步加入一种以上表面活性剂(化学纯)，表面活性剂与混合溶液中Fe³⁺、Co²⁺和RE³⁺构成总金属离子摩尔比例为5～15，在惰性气体的保护下升温至200-350℃下反应1-4h。所述惰性气体为高纯氩或高纯氮。表面活性剂优选为油胺(化学纯)、油酸(化学纯)或十二烷二醇(化学纯)。

步骤三：反应停止后移去加热源，待反应液冷却后加入过量的极性溶剂，极性溶剂包括乙醇(分析纯)或丙酮(分析纯)，搅拌均匀后，离心分离收集沉淀，用乙醇(分析纯)洗涤(优选洗涤4次以上)后置于烘箱中40-60℃下干燥，干燥时间6～10小时所得产物为黑色粉末，该黑色粉末为纳米颗粒，易溶解分散于非极性溶剂中。

所述的步骤三中的搅拌方式可以为磁力搅拌、机械搅拌或超声震荡的方式，使金属盐均匀分散在溶剂中。

本发明具有的优点在于：

1、本发明提出一种合成单分散稀土掺杂钴铁氧体纳米颗粒的制备方法，所得产物粒径均匀，分散性好，尺寸可调；

2、本发明提出一种合成单分散稀土掺杂钴铁氧体纳米颗粒的制备方法，反应温度较现有方法温和，有利于节约能源；

3、本发明提出一种合成单分散稀土掺杂钴铁氧体纳米颗粒的制备方法，温度范围较宽(200-350℃)，可根据实际情况及需要任意选择，反应的条件易于控制；

4、本发明提出一种合成单分散稀土掺杂钴铁氧体纳米颗粒的制备方法，设备简单、工艺重复性好、产品质量稳定，易于放大，具有较为广阔的应用前景。

附图说明