硼酸鹽玻璃結(jié)晶超細(xì)鋰鐵氧體的結(jié)構(gòu)和磁性能
【引言】
與硅酸鹽玻璃相比，硼酸鹽玻璃的優(yōu)點(diǎn)是，可以通過(guò)將玻璃狀基質(zhì)溶解在稀釋的醋酸中來(lái)分離鐵氧體顆粒。與硅酸鹽玻璃相比，這些玻璃還可以在較低的溫度下熔化，并具有較低的粘度。然而，在高Fe2O3濃度的玻璃澆注過(guò)程中，應(yīng)加入一些堿氧化物，如K2O和Na2O，以減少不混溶性和自發(fā)結(jié)晶傾向。Na2O的加入不如K2O有利，因?yàn)榧尤隢a2O后FeBO3可能會(huì)結(jié)晶。
【成果介紹】
摩爾分?jǐn)?shù)為51.7 B2O3/9.3 K2O/1 P2O5/27.6 Li2O/10.4 Fe2O3的玻璃在400至540℃的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶不同時(shí)間（2-12小時(shí)）。X射線衍射顯示立方鋰鐵氧體具有尖晶石結(jié)構(gòu)LiFe5O8，同時(shí)具有尺寸在3至31 nm范圍內(nèi)的小晶粒。使用Linseis DSC PT1600熱分析儀確定了制備玻璃樣品的熱分布。在440、480和500℃下結(jié)晶的樣品顯示出無(wú)序相，而在540℃下結(jié)晶則表明向有序狀態(tài)的相變。磁化曲線表明，在440℃結(jié)晶的樣品具有超順磁性，最大磁化強(qiáng)度很低，而在480℃和500℃結(jié)晶的樣品具有清晰的S形磁化曲線，矯頑力為零，因此也具有超順磁性。相比之下，在540℃結(jié)晶的樣品顯示出40 Oe的矯頑場(chǎng)，因此具有鐵磁性。磁性能可根據(jù)鐵氧體晶體的大小以及結(jié)晶條件進(jìn)行調(diào)整。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：51.7 B2O3/9.3 K2O/1 P2O5/27.6 Li2O/10.4 Fe2O3 玻璃在10 K min-1加熱速率下的DSC曲線。
圖2：在400-540 ℃下2 h的LiFe2710玻璃陶瓷樣品的XRD譜圖。
圖3：用于比較的尖晶石鋰鐵氧體有序（SO）和無(wú)序（SD）相的模擬XRD圖譜。
圖4：在440℃下不同時(shí)間結(jié)晶的LiFe2710微晶玻璃樣品的XRD圖譜。
圖5：從（a）440℃結(jié)晶8h，（b）480℃結(jié)晶2h，（c）500℃結(jié)晶2h，以及（d）500℃結(jié)晶2h（放大倍數(shù)更高）的LiFe2710微晶玻璃樣品中通過(guò)復(fù)制提取獲得的顆粒的TEM顯微圖與HRTEM顯微圖相對(duì)應(yīng)。
圖6：在440℃下熱處理2、8和12小時(shí)（左）以及在480、500和540℃下熱處理2小時(shí)（右）的LiFe2710微晶玻璃樣品的室溫磁化曲線。
圖7：LiFe2710最大磁化強(qiáng)度的溫度和時(shí)間依賴性，（a）在440℃下結(jié)晶2、8和12小時(shí)的微晶玻璃樣品，以及（b）在480、500和540℃下結(jié)晶2小時(shí)的微晶玻璃樣品。
【結(jié)論】
在400至540℃的溫度范圍內(nèi)，對(duì)摩爾分?jǐn)?shù)為51.7 B2O3/9.3 K2O/1 P2O5/27.6 Li2O/10.4 Fe2O3的玻璃進(jìn)行2至12小時(shí)的熱處理，使立方LiFe5O8結(jié)晶。在400℃和540℃下結(jié)晶的樣品的晶粒尺寸分別為2 nm和31nm。在440、480和500℃下結(jié)晶導(dǎo)致無(wú)序LiFe5O8的形成，而在540℃下熱處理的樣品顯示出有序狀態(tài)。在440℃、480℃和500℃下結(jié)晶的樣品的磁性測(cè)量表明，這些樣品具有超順磁性。在540℃下結(jié)晶的樣品具有鐵磁性，顯示出40 Oe的矯頑場(chǎng)。通過(guò)對(duì)結(jié)晶條件的仔細(xì)調(diào)整，我們可以調(diào)整超順磁性微晶玻璃的磁性，并最大限度地提高其磁化強(qiáng)度。