[发明专利]一种原位聚合裂解法制备稀土磁性铁氧体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土磁性材料制备技术领域，具体涉及一种原位聚合裂解法制备稀土磁性铁氧体的方法。

背景技术

晶体稀土铁氧体材料由于其在光磁材料、催化剂、燃料电池电极材料、磁性传感材料方面有广泛的应用，受到众多研究者的关注。常见的合成方法主要采用铁的氧化物与稀土氧化物在一定的计量比条件下，通过固—固反应制备而成，由于固—固反应离子扩散速率慢，因此常采用高温反应制备该类材料。如制备GdFeO₃材料，就是采用α-Fe₂O₃和Gd₂O₃在1000-1100℃通过固-固反应制备。稀土铁氧体材料(简写：LnFeO₃)通常认为是一种亚稳态材料，高温制备时，反应过程主要受热力学影响，容易产生不纯相。尽管研究者改变各种不同的方法制备纯相LnFeO₃，但其制备温度高、保温时间长，对能源的消耗很大，不利于工业化生产。很多学者认为，稀土磁性纳米晶态材料的制备温度降到700℃以下是个不小的挑战。

采用聚合物单体原位聚合裂解法制备纳米晶态材料已经在锂离子电极材料的制备中得到应用。聚合物裂解法是将丙烯酸单体与对应的金属盐混合，在引发剂的加入下原位聚合，形成聚合物前躯体，再经过煅烧处理可以得到目标氧化物。聚合物裂解法可以很好地均匀混合反应物料，并获得均一结构的材料。反应开始前，金属离子在丙烯酸中可以形成稳定的溶液，各种反应物金属离子得到充分混合，加入引发剂后，聚合反应迅速发生。反应过程中放出大量的热、水蒸气以及部分未聚合的丙烯酸溶剂挥发，反应物体积膨胀剧烈，形成蜂窝状的固体聚合物。体积膨胀使金属离子均匀分散，使发生固相反应的扩散距离减少，反应活性提高，经过后续热处理后便可获得颗粒尺寸大小均一的材料。

因此，在合成稀土铁氧体材料时，将Fe³⁺的溶液和稀土离子(Ln³⁺)在丙烯酸的水溶液中混合均匀，加入引发剂后丙烯酸迅速聚合，形成蓬松状的产物，由于体积的膨胀，使得金属离子均匀分散，为制备纳米材料奠定了基础。在空气中热解处理后得到稀土磁性纳米晶态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的方法制备稀土磁性纳米铁氧体材料中普遍存在的制备温度高、纳米粒子尺寸分布难以控制、结构稳定性差、存在大量晶体缺陷和不纯相等问题，提供了一种新的稀土磁性纳米铁氧体材料的制备方法。所制备的材料具有纳米粒子尺寸分布均匀、结构稳定性好，结晶温度低、结晶度高等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种原位聚合裂解法制备稀土磁性铁氧体的方法，步骤如下：

(1)将摩尔比为1:1的Fe(NO₃)₃·9H₂O和Ln(NO₃)₃·6H₂O(Ln代表稀土元素)溶解在丙烯酸的水溶液(水为去离子水)中，充分搅拌，形成透明的均相溶液。该溶液中Fe(NO₃)₃·9H₂O：丙烯酸：去离子水的质量比＝1:10:1。

(2)向步骤(1)的均相溶液中加入一定量(为丙烯酸体积的1/30)浓度为5wt％的引发剂(NH₄)₂S₂O₈的水溶液，混合均匀后在80℃下搅拌2小时，进行充分聚合反应以形成均匀分布的聚合物前驱体，再在120℃下干燥12小时，然后碾碎。

(3)将步骤(2)中碾碎的产物在空气氛围下500℃下热解3小时，冷却到室温后获得粉末产物，经过表征确认该产物为LnFeO₃。

与现有技术相比，本发明方法的优点与有益效果在于：