鄒 旭，許 嫻，付海川，張鐵民，彭菊媛，王英楠，李子亨

（1.海南師范大學(xué) 物電學(xué)院，海南 ?？?571158；2.海南師范大學(xué) 圖書館，海南 ?？?571158；3.吉林大學(xué) 超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130012）

納米材料是指晶界和晶粒顯微構(gòu)造都達(dá)到納米尺度的材料，與一般普通大顆粒相比，納米材料由于其小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)而表現(xiàn)出許多特異的特性，具有廣闊的應(yīng)用前景.近年來，由于鐵酸鋅納米晶有著廣泛的應(yīng)用前景[1-6]，鐵酸鋅納米晶的研究逐漸被人們所關(guān)注.楊樺等人[7]利用PEG凝膠法合成納米晶并證明納米晶粒徑大小與原粉的灼燒溫度和時(shí)間有關(guān)，時(shí)間影響遠(yuǎn)小于溫度的影響;李新勇等研究小組分別使用化學(xué)共沉淀法和經(jīng)改良的化學(xué)共沉淀法合成了3～25 nm尺度的高純度納米晶并進(jìn)行了表征[8-10].而利用球磨、水熱合成等諸多方法進(jìn)行合成的文獻(xiàn)更是層出不窮[11-15]，然而在合成過程中納米鐵酸鋅結(jié)晶受壓強(qiáng)及溫度影響的研究則未見報(bào)道.

本文研究了壓強(qiáng)、溫度對合成納米級鐵酸鋅結(jié)晶度的影響.結(jié)果表明，高壓強(qiáng)下合成的納米鐵酸鋅顆粒結(jié)晶度較高，而溫度是影響納米級鐵酸鋅結(jié)晶度的有效條件.

1 實(shí)驗(yàn)及表征

1.1 試劑與儀器

本實(shí)驗(yàn)采用北京化工廠生產(chǎn)的分析純硝酸鐵Fe（NO3）3·9H2O，硝酸鋅Zn（NO3）2·6H2O以及氨水NH3·6H2O作為實(shí)驗(yàn)試劑.采用德國西門子公司的D5005型晶體結(jié)構(gòu)衍射儀對所制備的樣品在室溫條件下進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征.電子產(chǎn)生源為銅靶，λ=1.5406 ?.樣品的振動(dòng)信息是通過英國雷尼紹公司生產(chǎn)的invia紅外測試儀進(jìn)行測試，實(shí)驗(yàn)選擇的激發(fā)光源為功率20 mw的830 nm近紅外激光器.所有測試環(huán)節(jié)均在吉林大學(xué)超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.

1.2 實(shí)驗(yàn)部分

利用去離子水將硝酸鐵和硝酸鋅分別配制成0.5 mol/L和0.25 mol/L的溶液后，然后將其等體積混合.利用NH3·6H2O構(gòu)造堿性環(huán)境（pH=9～10）并加入至混合溶液中.通過對溶液進(jìn)行靜置、過濾、洗滌、干燥后進(jìn)行研磨.將得到的紅褐色粉末在200～600℃中統(tǒng)一灼燒3 h以制備溫度序列對比樣品.并選取500℃灼燒的樣品利用六面頂壓機(jī)在5 MPa下進(jìn)行壓片處理作對比研究.

2 結(jié)果與討論

圖1為不同溫度序列灼燒后樣品的XRD曲線.從圖中可知，在330℃下鐵酸鋅特征峰已經(jīng)出現(xiàn)，說明鐵酸鋅納米晶已經(jīng)形成，當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí)樣品的特征峰顯著增強(qiáng)且半峰寬增大.表明顆粒粒徑隨溫度升高逐漸變大，也表明溫度升高會(huì)使鐵酸鋅結(jié)晶度變的更好.

圖1 不同溫度下灼燒樣品的XRD譜圖Fig.1 XRD spectra of synthesized samples under different temperature

圖2 （a）不同溫度灼燒樣品的Raman圖譜（b）500℃灼燒的樣品經(jīng)5MPa下進(jìn)行壓片處理后的拉曼光譜Fig.2 (a)Raman spectra of synthesized samples under different temperature(b)Raman spectrum of the sample under treatment of 500℃and 5MPa

圖2（a）是不同溫度序列下灼燒樣品的Raman振動(dòng)譜，從圖中可以看出未燒結(jié)的樣品（前驅(qū)物）和200℃燒結(jié)的樣品并沒有觀察到明顯的拉曼振動(dòng)，該結(jié)論表明在溫度較低的條件下，前驅(qū)物不能形成鐵酸鋅結(jié)晶.而當(dāng)溫度達(dá)到在330℃條件下，經(jīng)過3 h燒結(jié)的樣品即可觀察到屬于鐵酸鋅的特征振動(dòng)，位置在355 cm-1處.對比文獻(xiàn)可知該峰為鐵酸鋅拉曼振動(dòng)的主峰[15]，說明此時(shí)即有鐵酸鋅結(jié)晶生成.不僅如此，在400℃和600℃下灼燒的樣品分別出現(xiàn)一些新的拉曼特征振動(dòng)，這些特征振動(dòng)的峰強(qiáng)隨著灼燒溫度的升高而逐漸增強(qiáng)，其特征峰位分別位于Raman譜的 355 cm-1、450 cm-1以及650 cm-1處.這一結(jié)果表明升高溫度能夠得到結(jié)晶程度更好的納米鐵酸鋅顆粒，這與前文利用XRD進(jìn)行表征的結(jié)果相吻合（見圖1）.并且當(dāng)灼燒溫度達(dá)到600℃時(shí)，在249 cm-1處出現(xiàn)了較之于較低溫度燒結(jié)的樣品有明顯增強(qiáng)的二維振動(dòng)模式特征峰，與Wang等人報(bào)道的結(jié)果相吻合[15].這也表明鐵酸鋅在600℃下的結(jié)晶程度會(huì)有明顯增大.

通過在5 MPa下處理的前驅(qū)物粉末經(jīng)500℃灼燒后，得到樣品的拉曼光譜如圖2（b）所示，通過與其他溫度下制備的樣品對比發(fā)現(xiàn)，249 cm-1處的鐵酸鋅的特征峰要比其他燒結(jié)溫度下的樣品更加明顯.同時(shí)，在225 cm-1處出現(xiàn)了之前文獻(xiàn)報(bào)道過的鐵酸鋅的另一二維振動(dòng)模式[15].并且這一特征峰的強(qiáng)度要明顯大于249 cm-1的特征峰.這一結(jié)果表明壓片處理對前驅(qū)物在灼燒時(shí)結(jié)晶度有很大影響.同時(shí)壓片處理后得到的樣品在290 cm-1、407 cm-1和610 cm-1處出現(xiàn)了氧化鐵特征峰.說明壓強(qiáng)能夠有效地影響鐵酸鋅的成分.通過將所有樣品的Raman譜基線進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)隨著灼燒溫度和壓力的增加，基線的絕對強(qiáng)度減弱，再次表明溫度和壓力能夠明顯改善制備樣品的結(jié)晶程度，并對其組成成分產(chǎn)生一定影響.

3 結(jié)論

本文主要研究了壓強(qiáng)和溫度對合成鐵酸鋅顆粒的影響.在5MPa壓強(qiáng)下處理，500℃灼燒3 h得到的樣品經(jīng)Raman測試后發(fā)現(xiàn)：樣品具備鐵酸鋅的Raman特征曲線，而鐵酸鋅兩個(gè)常壓下不明顯的二維振動(dòng)模式225 cm-1和249 cm-1處峰位在處理后的樣品中明顯出現(xiàn).對比Raman譜中各個(gè)溫度下灼燒處理的樣品基線和XRD圖譜可確定鐵酸鋅的結(jié)晶度隨灼燒溫度升高會(huì)增強(qiáng)，增大壓強(qiáng)會(huì)促進(jìn)鐵酸鋅結(jié)晶形成.在增大壓強(qiáng)的同時(shí)，鐵酸鋅顆粒中伴隨出現(xiàn)氧化鐵結(jié)構(gòu).

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