潘 樂(lè)，晉傳貴，陳以傳

(安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽馬鞍山243002)

Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的制備及電磁性能研究

潘 樂(lè)，晉傳貴，陳以傳

(安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽馬鞍山243002)

采用水熱法制備出不同比的Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物，通過(guò)X射線衍射分析儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)、網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)該復(fù)合物的形貌、電磁性能進(jìn)行表征與分析。結(jié)果表明：Co0.5Zn0.5Fe2O4被碳包裹程度隨碳相對(duì)含量的增加而增加；在頻率為3～18 GHz范圍內(nèi)，Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的介電常數(shù)虛部和介電損耗隨Co0.5Zn0.5Fe2O4的相對(duì)含量增加而增加；與Co0.5Zn0.5Fe2O4相比，Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的最大吸收峰有明顯提高，且當(dāng)0.5 g Co0.5Zn0.5Fe2O4與2 g葡萄糖混合時(shí)，制備的樣品最大吸收峰在頻率16 GHz左右可達(dá)到7 dB。

復(fù)合物；Co0.5Zn0.5Fe2O4；水熱法；電磁性能

碳包覆納米顆粒是1種具有核殼結(jié)構(gòu)的新型功能復(fù)合材料，其外殼一方面能改善內(nèi)核粒子的表面電性和表面活性，防止納米顆粒長(zhǎng)大和團(tuán)聚；另一方面保護(hù)內(nèi)部顆粒免受外部環(huán)境的影響，增強(qiáng)其在空氣中的穩(wěn)定性[1]，從而使被包覆的材料具有良好的穩(wěn)定性。有關(guān)碳包覆納米材料在諸多領(lǐng)域已進(jìn)行了應(yīng)用研究，如楊超等[2]制備了LiFePO4/C，并利用激光拉曼光譜對(duì)LiFePO4/C鋰離子正極材料碳外殼的石墨化程度進(jìn)行了研究；季晶晶等[3]制備了Sn/C球復(fù)合材料，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究，但有關(guān)碳包覆在吸波性能方面的研究應(yīng)用較少。制備碳包覆材料的方法有水熱法[4]、化學(xué)氣相沉積法[5-6]、熱解法[7-8]、電弧放電法[9]等，其中水熱法具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物組成易于控制等優(yōu)點(diǎn)[10-14]。為此，筆者以葡萄糖為碳源，采用水熱法制備不同比的Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物，并對(duì)其吸波性能進(jìn)行研究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣品制備

1.1.1 Co0.5Zn0.5Fe2O4的制備

采用水熱法合成Co0.5Zn0.5Fe2O4樣品，原料均為分析純?cè)噭?。按Co0.5Zn0.5Fe2O4化學(xué)式的金屬元素化學(xué)計(jì)量比，稱(chēng)量一定量的Fe(NO3)3?9H2O，Zn(NO3)2?6H2O，Co(NO3)2?6H2O原料溶解在60 mL的蒸餾水中，攪拌待其充分溶解，加入一定量NaOH溶液作為沉淀劑，充分?jǐn)嚢枋蛊涑恋硗耆湃氤暡ㄇ逑雌髦谐?0 min使其分散更均勻，然后倒入反應(yīng)釜中，在230℃反應(yīng)8 h后離心，洗滌后在60℃下干燥24 h，研磨得到樣品，編號(hào)為1#。

1.1.2 Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的制備

稱(chēng)量1.0，0.5 g Co0.5Zn0.5Fe2O4分別放入100 mL燒杯中，分別加入2.0 g葡萄糖、80 mL蒸餾水后，放入超聲波清洗器中邊用玻璃棒攪拌邊超聲30 min，倒入100 mL的反應(yīng)釜中180℃保溫10 h，所得產(chǎn)物經(jīng)清洗、離心沉淀，在60℃干燥箱中干燥24 h，研磨，即得到樣品，分別編號(hào)為2#，3#。

1.2 樣品測(cè)試

采用X射線衍射儀(XRD，Bruker AXS公司的D8 Advance型，CuKαL輻射，λ＝1.540 6A。)測(cè)試樣品的相組成；采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM，美國(guó)Quantum Design公司，VersaLab型)測(cè)試樣品的磁滯回線；采用掃描電子顯微鏡(SEM，JSM B490 LV型，日本JEOL電子公司)及場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(HITACHI，S-4800型)測(cè)試樣品的形貌及成分；采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(N5244A型，安捷倫公司)測(cè)試樣品的電磁參數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的XRD分析

圖1是純Co0.5Zn0.5Fe2O4及Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的XRD圖。由圖1可以看出：1#樣品在2θ為30°，35°，36°，43°，53°，57°，62°處出現(xiàn)尖晶石鐵氧體的特征衍射峰，分別對(duì)應(yīng)(220)，(311)，(222)，(400)，(422)，(511)，(440)晶面，與標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡片(JCPDS卡號(hào)：22-1012)完全吻合，無(wú)其他物相的衍射峰，結(jié)合后面的能譜分析結(jié)果可得出該物質(zhì)為Co0.5Zn0.5Fe2O4；葡萄糖的加入并沒(méi)有出現(xiàn)新的衍射峰，這可能是因?yàn)槠咸烟潜环纸鉃闊o(wú)定型的非晶碳；2#和3#樣品的衍射峰位置都和Co0.5Zn0.5Fe2O4粉體衍射峰一致，只是強(qiáng)度有所變化，隨著碳的相對(duì)含量增加，Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物中衍射峰的強(qiáng)度逐漸減弱。

2.2 Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的SEM及EDS分析

圖2為Co0.5Zn0.5Fe2O4和Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的SEM及EDS圖。圖中：(a)，(b)，(c)分別為1#，2#，3#樣品的SEM圖；(d)為1#樣品的EDS圖。由圖2可看出：Co0.5Zn0.5Fe2O4粉體形貌無(wú)規(guī)則且顆粒分布不均勻，顆粒尺寸達(dá)納米級(jí)，較大顆粒由較小納米顆粒團(tuán)聚而成，這是由于納米粒子具有高表面能，另磁性粒子之間相互作用力強(qiáng)；與1#樣品相比，2#樣品中Co0.5Zn0.5Fe2O4表面部分被碳包裹著，而3#樣品中Co0.5Zn0.5Fe2O4表面幾乎被無(wú)定型的碳均勻包裹著。由圖2(d)可看出，該樣品由Co，Zn，F(xiàn)e和O元素組成，且Co:Zn:Fe的原子比約為1:1:4。

2.3 Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的VSM分析

圖3是Co0.5Zn0.5Fe2O4及Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)圖，其中插圖是低場(chǎng)范圍的放大部分。從圖3可以看出：Co0.5Zn0.5Fe2O4粉體的飽和磁化強(qiáng)度Ms為57.553 emu/g、剩余磁化強(qiáng)度Mr為3.928 emu/g、產(chǎn)物的剩磁比Mr/Ms=0.068 3，呈現(xiàn)出一定的軟磁特性；2#樣品的飽和磁化強(qiáng)度為 44.198 emu/g，3#樣品的飽和磁化強(qiáng)度為28.662 emu/g，因?yàn)樘际欠谴判缘奈镔|(zhì)，碳含量越高，磁性下降的程度越大。

2.4 Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的電磁性能分析

圖4是Co0.5Zn0.5Fe2O4及Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的復(fù)介電常數(shù)與頻率關(guān)系。從圖4(a)可以看出，Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部值頻率低于12 GHz時(shí)，基本小于Co0.5Zn0.5Fe2O4的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部值，但在頻率大于12 GHz時(shí)，有所波動(dòng)。從圖4(b)可以看出，Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的復(fù)介電常數(shù)虛部(ε″)在3～18 GHz頻率范圍內(nèi)基本大于Co0.5Zn0.5Fe2O4的ε″。由公式[15]

式中：ε0為自由空間的介電常數(shù)；ρ為電阻率；f為頻率。由式(1)知ε″與ρ成反比例的關(guān)系，碳是良的導(dǎo)電體，電阻率比Co0.5Zn0.5Fe2O4粉體小，因此復(fù)合物的電阻率相應(yīng)地比純Co0.5Zn0.5Fe2O4粉體小，且隨著碳相對(duì)含量的增加復(fù)合物的電阻率越來(lái)越小。所以Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的ε″均比Co0.5Zn0.5Fe2O4的ε″大，且隨著碳含量的增加而增大。

圖5是Co0.5Zn0.5Fe2O4及Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的介電損耗因子、吸波效能與頻率關(guān)系。從圖5(a)可以看出，與Co0.5Zn0.5Fe2O4相比，Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的介電損耗因子均有所增大，且隨著碳相對(duì)含量的增加，其介電損耗因子逐漸增大，在頻率16 GHz左右，達(dá)到最大值。從圖5(b)可以看出：3#樣品的電磁波吸收效能最大，1#樣品的電磁波吸收效能最?。辉陬l率大于12 GHz時(shí)2#，3#樣品的吸波效能有所增加；在頻率為16 GHz左右，2#，3#樣品的吸波效能達(dá)到最大值，其中3#樣品的最大吸收峰可達(dá)到7 dB。

3 結(jié) 論

1)采用水熱法成功制備了Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物，Co0.5Zn0.5Fe2O4被碳包裹程度隨碳相對(duì)含量的增加而增加。

2)Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的飽和磁化強(qiáng)度隨著碳相對(duì)含量的增加逐漸減小。

3)與Co0.5Zn0.5Fe2O4相比，Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的介電損耗因子基本有所增加，且隨著碳含量的增加而增大。

4)Co0.5Zn0.5Fe2O4/C復(fù)合物的最大吸收峰均大于純Co0.5Zn0.5Fe2O4粉體的最大吸收峰，且當(dāng)0.5 g Co0.5Zn0.5Fe2O4與2.0 g葡萄糖混合反應(yīng)時(shí)，制得的樣品最大吸收峰達(dá)到7 dB。

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責(zé)任編輯：何莉

ResearchonPreparationandElectromagneticPropertiesofCo0.5Zn0.5Fe2O4/C Composites

PAN Le,JIN Chuangui,CHEN Yichuan
(School of Materials and Engineering,Anhui University of Technology,Ma'anshan 243002,China)

Different ratios of C and Co0.5Zn0.5Fe2O4composites were prepared by hydrothermal method.Composites were characterized and measured with X-ray diffraction analyzer(XRD),scanning electron microscope (SEM),energy dispersive spectrometer(EDS),vibrating sample magnetometer(VSM)and Agilent N5244A vector network analyzer.The results show that the degree of C coated Co0.5Zn0.5Fe2O4increased with the increasing of the content of C;With the increasing of the content of Co0.5Zn0.5Fe2O4,both imaginary parts of dielectric constant and dielectric loss of Co0.5Zn0.5Fe2O4/C composites increase in the frequency range of 3-18 GHz;The maximum absorption peaks of Co0.5Zn0.5Fe2O4/C composites are improved obviously compared with that of Co0.5Zn0.5Fe2O4; The maximum absorption peak of the sample prepared by 0.5 g Co0.5Zn0.5Fe2O4mixed with 2 g glucose reached to 7 dB at a frequency of about 16 GHz.

composites;Co0.5Zn0.5Fe2O4;hydrothermal method;electromagnetic property

TB34

A

10.3969/j.issn.1671-7872.2015.02.005

2014-12-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21071003，51201002)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(004657)

潘樂(lè)(1988-)，男，安徽安慶人，碩士生，主要研究方向?yàn)榧饩虲o0.5Zn0.5Fe2O4及其復(fù)合物的制備與電磁性能。

晉傳貴(1966-)，男，安徽無(wú)為人，博士，教授，研究方向?yàn)楣δ懿牧现苽渑c性能。

1671-7872(2015)-02-0118-05