納米Fe3O4及其復(fù)合材料的制備與研究.pdf

1、電磁納米復(fù)合材料是運(yùn)用納米技術(shù)將導(dǎo)電材料和磁性材料組合運(yùn)用得到的新型功能材料，其兼具二者各自的優(yōu)點(diǎn)，因此具有更為廣闊的應(yīng)用前景。本文以納米磁性材料—MgxFe3-xO4為出發(fā)點(diǎn)，深入研究了其磁性能與結(jié)構(gòu)之間的密切關(guān)系;并在此基礎(chǔ)上，將其與碳納米管(CNTs)進(jìn)行復(fù)合，制備了電磁納米復(fù)合材料CNTs/MxFe3-xO4，并考察了其作為鋰離子電池負(fù)極材料時的電化學(xué)性能。
　　首先，利用化學(xué)共沉淀法制備了一系列MgxFe3-xO4磁性納

2、米粒子，通過X射線衍射等手段研究了Mg2+摻雜對磁性粒子結(jié)晶行為的影響。通過謝樂公式，修正勞厄方程等公式計算發(fā)現(xiàn)，Mg2+摻雜并不會導(dǎo)致磁性粒子晶胞體積的膨脹，這是因為Mg2+半徑(65pm)與Fe3+(64pm)非常接近;但其摻雜會導(dǎo)致磁性粒子結(jié)晶能力的降低，尤其當(dāng)摻雜量x＞0.6后，磁性粒子的X射線衍射峰幾乎消失，證明產(chǎn)物基本不發(fā)生結(jié)晶，主要非晶態(tài)存在。
　　另外，通過振動樣品磁強(qiáng)計(VSM)表征了納米粒子的磁性能，發(fā)現(xiàn)Mg2

3、+摻雜對Fe3O4磁性的提升并不明顯。當(dāng)摻雜量x=0.1時，磁性粒子的飽和磁化強(qiáng)度有很小的提升（＜2emu/g）;當(dāng)摻雜量x繼續(xù)增大時，飽和磁化強(qiáng)度會迅速降低，x＞0.6時，磁性降低至Fe3O4的17％左右。根據(jù)前文對其結(jié)構(gòu)的研究，我們認(rèn)為Mg2+摻雜導(dǎo)致磁性下降是由兩種因素共同作用造成的:Mg2+進(jìn)入晶胞A位后，將Fe3+排斥到B位，在雙交換作用和超交換作用下，單個晶胞的磁矩隨摻雜量增加先增大后減小;同時Mg2+摻雜導(dǎo)致了粒子結(jié)晶能力

4、下降，結(jié)晶粒徑減小，晶粒的凈磁矩下降。上述兩方面的共同作用使得納米粒子的磁性能隨著Mg2+摻雜量的增加而先增加后降低。
　　最后，通過在CNTs表面原位合成MxFe3-xO4磁性納米粒子，制備了CNTs/MxFe3-xO4納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料在用作鋰離子電池負(fù)極材料時，結(jié)合了MxFe3-xO4（高比容量）及CNTs（優(yōu)異的循環(huán)性能）的優(yōu)勢:在循環(huán)充放電80次后，ZnxFe3-xO4/CNTs比容量仍能保持在377.1mAh/g