燃烧合成制备YFeO及其性能研究

1、-范文最新推荐- 燃烧合成制备YFeO3及其性能研究 摘要:本文研究了铁酸钇粉体材料的合成技术，并对其性能进行了研究。本实验中使用燃烧合成的方法来制备铁酸钇粉体材料。实验过程中，通过改变燃烧合成过程中的各项参数，包括改变反应物Y(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O以及尿素等的配比、设定不同的燃烧反应温度等手段，制备出一系列不同的铁酸钇粉体材料。然后使用 XRD、SEM等分析手段对制备出的不同的铁酸钇样品粉体进行分析表征。根据对分析结果的比较来确定最佳的燃烧合成铁酸钇粉体的实验方案，从而优化燃烧合成铁酸钇的成熟工艺。研究中发现，尿素的添加量是合成纯相铁酸

2、钇的主要影响因素，其直接影响反应产物中目标产物的产量以及杂质的含量；燃烧温度也是影响反应产物纯度的一个重要因素，而且燃烧温度的选择直接影响氧化还原反应的程度以及所得目标产物的颗粒尺寸。关键词： 铁酸钇；燃烧合成；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 实验的影响因素233.2.1燃烧

5、方式的影响233.2.2尿素添加量的影响243.2.3燃烧温度的影响253.2.4 热处理对于实验结果的影响26第四章 结论.29参考文献30致谢31 ,3877第一章绪论1.1 铁酸钇材料简介1.1.1铁酸钇材料发展历史历史上对光和磁的关系的探索也是一个很重要的问题，虽则这个问题没有电磁现象那样突出，但是就其所达到的理论高度和为之所以付出的努力而言，前者是不逊于后者的。人类对光磁的关系的认识，是从晶体的自然旋光性现象开始的，阿喇戈发现的偏振光通过石英晶体的旋转现象（1811年）和法拉第发现的电磁旋转现象（1821年）是一组类似的现象。后来经过一系列的实验与实践，磁光材料被开始应用于器件的制作

6、，磁光晶体也在其中逐渐发现并加以应用。钇是稀土元素。稀土元素是指钪、钇和全部镧系元素。由于它们在地壳中的含量稀少，它们的氧化物与氧化钙等土族元素性质相似，因而得名。由于稀土元素分布分散，往往杂乱成矿，再加上它们性质彼此很相似，所以发现、分离以及分析它们都比较困难。钇和另一稀土元素铈是稀土元素中在地壳中含量较大的两种元素，因而它们在稀土元素中首先被发现。欧洲北部斯堪的纳维亚半岛上的挪威和瑞典是稀土元素矿物比较丰富的产地，因而这两种元素在这个地区最先被发现。铁酸钇（YFeO3）拥有独特的物理化学性质，从而具有独特的磁性能、磁光和光磁 验结果的分析，确定YFeO3是直接带隙半导体，能隙Eg约为2.2

7、2eV。通过对介电函数、吸收系数和实验结果的分析，阐明了YFeO3晶体和纳米晶在可见光范围具有较好的吸收特性，是潜在的可见光催化材料。1.1.3铁酸钇材料的应用及原理近年来，铁电磁材料引起了人们极大的兴趣，并且已经成为当前新型功能材料研究的热点之一。铁酸钇材料同时具有铁电性和磁性，可由电场诱导产生磁场，同时磁场也可以诱发电极化，这种磁和电的相互控制在信息存储、自旋电子器件、磁传感器以及电容-电感一体化器件方面都有极其重要的应用前景。同时，铁酸钇具备良好的磁光特性， 可以作为优质的磁光材料。磁光（magneto-optical，MO)效应是指在磁场的作用下，物质的电磁特性（如磁导率、介电常数、磁

8、化强度、磁畴结构、磁化方向等）会发生变化，因而使通过它的光的传输特性 （如偏振状态、光强、相位、频率、传输方向等）也随之发生变化。光在磁场作用下通过这些物质时传输特性发生的变化。这些效应应用最广泛的是法拉第效应，这样反映磁光材料的主要性能指标包括：比法拉第旋转θ F、光吸收系数、比法拉第旋转温度系数、比法拉第旋转波长系数和磁光优值等。 图1.2 YFeO3 晶体比法拉第旋转波长系数磁光材料是指自紫外到红外波段具有磁光效应的光信息功能材料，石榴石结构的Y3Fe5O12（YIG）是目前研究的最多的磁光晶体，可制成磁光开关、调制器、偏转器、传感器等光学器件，特别是作为隔离器中的法拉第转子

9、材料，广泛应用于光纤通信等领域。但是，YIG 晶体的法拉第旋转角较小，饱和磁化强度较高，不利于器件的小型化。 属或者非金属外加剂，染料敏化或调解为半导体所具有的窄能带隙。此外，寻找一种新的窄能带隙的光催化剂，且这种新的光催化剂具有高的可见光催化活性是实现高效可见光光催化剂的合理措施。由于铁酸钇对于光和热的稳定性能良好，YFeO3作为一种稳定窄禁带半导体（Eg=2.6eV），光谱吸收范围较宽，因而铁酸钇材料也是很有潜力的光催化材料4。研究揭示，YFeO3在蓝色激光二极管、磁场传感器和磁光数据存储器件方面有重要的应用前景。Butler 等1较早报道了 YFeO3是一种稳定的半导体材料，带隙（Eg）

10、约为2.58eV,由于该种晶体的带隙较窄，在光催化领域具有潜在的应用价值。Wu 等5报道了YFeO3 纳米晶体在可见光范围具有光催化活性，最长吸收波长达 663nm，Lu 等报道了YFeO3 纳米晶在紫外线和可见光范围具有光催化活性，其吸收边约为 600nm，陈旬等6报道用自生长燃烧法合成了平均尺度为 55nm 的 YFeO3晶粒，样品的吸收边为 550nm，其他研究者也在尝试将YFeO3纳米晶用于光催化技术。目前关于YFeO3光学性质及光催化的研究多限于实验方面，上述研究结果给出的带隙及与此相关的光吸收数据存在明显的不一致，需要进一步研究，而系统的理论研究，特别是第一性原理计算研究尚未见报道

11、。对于粉体而言，纳米级别材料的合成对于发展先进材料十分重要，因为纳米材料通常具有与散装物料相反的非常小尺寸的颗粒（100nm）属性。在纳米材料中大量增加的特定的表面/界面具有大量的化学活性的中心，这其中要求有高效和选择性的催化剂。此外，纳米材料在磁性，电光性，电子和机械性能可以被应用到现代先进性应用，可带来 为一个重要的发展趋势，因而制备与合成符合发展要求的高质量的铁酸钇纳米粉体材料也成为一个重要需求。稀土RFeO3系列材料被通称为稀土正铁氧体材料，由于这一系列材料独特的磁性能、磁光和光磁性能，它们一直受到物理学家和材料学家的关注，研究内容不断深入，其应用领域也在不断拓展，可制成磁光开关、调制

12、器、偏转器、传感器等光学器件，特别是作为隔离器中的法拉第转子材料，广泛应用于光纤通信等领域。它与目前研究的大多数磁光晶体(如石榴石结构的 Y3Fe5O12 晶体相比有更大的法拉第旋转角和更低的饱和磁化强度。RFeO3 晶体在近红外波段有很高的磁光优值，矩形磁滞回线，饱和磁化强度比较低，具有很强的各向异性，居里温度在 600-700K 之间，磁畴尺寸可以达到 0.7mm，因此畴壁运动范围很大，畴壁运动速度在磁性介质中是最快的(可达20km/s)。特别是在1990年以后，研究者将这一系列材料的法拉第偏转效应和独特的磁畴运动相结合进行器件设计，在快速磁光开关，磁光传感器，光点位置测定等应用方面显示了突出的优势。另外，2004， 2005年的Nature上也先后报道了关于RFeO3的最新应用动态。 2004年，A.V.Kimel等人使用超短的激光脉冲，在TiFeO3单晶片上实现了几个皮秒的自旋重取向，而