稀土掺杂铁系纳米氧化物的制备

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1、稀土掺杂铁系纳米氧化物的制备摘要：稀土被誉为工业维生素，掺杂铁系纳米氧化物后能有效改善铁系氧化物的结构，改变铁系氧化物的磁性和吸波性能。本文介绍铁系氧化物掺杂稀土的主要制备方法，并分析了方法的优缺点，并对稀土的掺杂租用提出了几点看法。关键词：稀土铁系氧化物溶胶-凝胶法共沉淀法磁性吸波材料催化1前言稀土元素[1]（rareearthelement,常用符号RE表示）是元素周期表第三副族中原子序数21的钪（SC）、39钇（Y）和57的镧（La）至71的镥等17个元素的总称。根据1968年国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）统一规定，原子序

2、数57~71的15个元素：镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、镨（Pu）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）又称为镧系元素（可用符号“Ln”表示），它们同位于周期表的第六周期的57号位置上。除么铈、镨、铽外的稀土氧化物可用通式RE2O3表示外，Ce、Pr、Tb的氧化物分别为CeO2、Pr6O11和Tb4O7。稀土氧化物在新材料中有着广泛的应用，例如钕、钐、铕、钆等的氧化物广泛用于发光材料、永磁材料和超导材料；含氧化镧的玻璃具有高折

3、射率，用于光学仪器等，氧化钆等在原子能反应堆中用作中子吸收材料。2磁学1.1稀土材料的磁学性质物质的磁性来自于物质内部的电子和核的性质。由于核的磁效应比电子的效应小三个数量级，故在此忽略。原子、离子或分子的电子磁效应来自电子的轨道运动和自选运动，因此他们的磁性是轨道磁性（由轨道角动量所决定）和自选磁性（由自旋角动量产生的某种组合）。物质的磁性分为顺磁性、抗磁性、铁磁性和反铁磁性等几大类。一个运动着的电子相当于一个微观磁子，具有一定的磁矩，与外磁场取向一致。因此外来磁力线就可畅通无阻，这种物质称为顺磁性物质。未耦合的电子数目越多，顺磁性就

4、越大，它们的磁化率就比一般顺磁性物质要强很多，因而被称为铁磁性物质，铁钴镍就是这类物质。如果分子（或原子）中所有电子都已耦合成对，成对的电子自旋方向相反，使分子（或原子）中总自旋量子数等于零，即磁磁等于零，这类物质就能阻止外磁力线通过，被称为逆磁性或抗磁性物质。1.2纳米磁性材料的基本磁学性质[2]纳米磁性材料是微纳米材料的一个重要分支，它是指材料的特征尺寸在1-100nm之间的（准）零维微粉、一维纤维（棒、丝、线、管等）、二维薄膜或由它们组成的三维空间排列的固态或液态磁性材料。当磁性材料的特征尺寸达到纳米级时，由于纳米粒子的量子尺寸效

5、应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道等的影响，使其具有除了纳米材料的一半介观特性外，还具有不同于常规的磁性材料的特殊磁性能，其主要体现在以下几个方面：（1）单磁畴特性如果微粒足够小，整个颗粒可以再一个方向自发磁化到饱和，称为一个磁畴，这样的颗粒陈伟单畴颗粒，这种颗粒具有单磁畴特性，单磁畴结构是磁性纳米材料的一个重要特点，宏观体相磁性材料在自由能最小的平衡状态下，为了降低退磁能，通常会形成多磁畴结构，即产生多个磁畴和畴壁，而磁畴和畴壁又分别具有能量。当宏观体相磁性材料的尺寸减小到纳米尺寸时，退磁能的减小程度已经比不上畴壁能的增大程度，因

6、而，在一定的纳米尺度下，磁性材料自由能最小的平衡状态，不再具有畴壁的多畴壁结构，而是没有畴壁的单磁畴结构。Frenkel和Dorfinan早在1930年就已经从理论上预测出，当粒子的尺寸减小搭配一定程度时，就会出现单磁畴[3].随后，Kinel又估测了出现单磁畴的临界尺寸的大小[4].1.3稀土的磁性机理铁钴镍等d族过渡元素是人所共知的磁性材料，而稀土元素却有很多特意的磁学性质，其中有些比d族元素还有优越，现就含4f电子的镧系元素与含d电子的过渡族元素的磁学性质对比如下：（1）在镧系元素7个4f轨道中，最多可容纳7个未成对电子，而d族过

7、渡元素5个d轨道中最多只能容纳5个未成对电子。因此，在周期表中镧系元素是顺磁磁化率最大的一族元素（La和Lu除外，因为它们不含未成对电子，是抗磁性的）。（2）在镧系元素的4f轨道中的电子受外层5s25p6的电子所屏蔽，受外场的影响较小，原子对之间的相互作用也较小，主要是导电电子的间接交换作用。而d族过渡元素的d电子受外场的影响较大，源自对之间的相互作用表现为直接交换作用。（3）有些稀土化合物具有很高的饱和磁化强度，特别是重稀土金属如镝的的饱和磁化强度Is≈0.3T，比铁的Is≈0.172高约1.5倍。有些稀土化合物具有很高的各向异性常数

8、（K），如Gd、Tb、Dy、Ho、Er的K值比Fe和Ni的K值大2~3个数量级。有些稀土化合物则具有很高的磁致伸缩λ（,l为样品长度，△l为长度在磁场下的变化量）。例如Tb的λ≈5.3×10-3，Dy的λ≈