Fe/Fe_3C纳米复合材料的合成、结构及磁性能研究

【摘要】碳化铁位居人类所知的最古老的材料的榜首，碳化铁中质量分数为6.69％的碳显著的改变了它的性质。碳化铁在机械性质方面是类似于陶瓷的，化学性质上比纯铁更加的稳定。从生物医药（做为药物磁性运输器或者做为磁共振影像的显影剂）到电子工业（做磁记录材料），从磁流体生产到催化剂设计（例如费托合成），碳化铁纳米粒子都有着广泛的应用。更加特别的是碳化铁有比金属铁更高的抗氧化性，有比氧化铁更优良的磁性和硬度，所以在许多应用中可以替代它们来提高功能性。迄今为止，虽然科研工作者已经给出了许多方法来合成碳化铁，但发明一种简单的可重复的高效的方法合成碳化铁纳米粒子仍然是一个巨大的挑战。本论文综述了碳化铁的研究现状，系统介绍了其合成方法和应用领域。相关文献已经报道，三聚氰胺和尿素都可以做碳源和氮源，由此选择它们为碳源来合成具有较高百分含量的碳化铁纳米复合物，合成方法为溶胶凝胶法，其实质是将碳、铁源以及诱导剂CTAB混合成凝胶状前驱体，高纯氮气氛下高温煅烧得到终产物，以透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射分析（XRD）进行结构表征；磁滞回归曲线作为功能性表征；并分别讨论了不同碳源下的形成机理，由于尿素可以转化为三聚氰胺，对他们的合成以及功能性结果做了对比。主要工作如下：通过溶胶凝胶法混合碳源和铁源氯化铁以及CTAB得到了前驱体混合物，三聚氰胺为碳源时，600-680℃煅烧后得到Fe/Fe3C纳米复合物，尿素为碳源时650-700℃高温煅烧得到Fe/Fe3C纳米复合物。对碳化铁的形成条件从碳铁源比、煅烧温度以及诱导剂的加入量三个方面进行了深入探索，研究得到碳化铁的合成条件区间，在物相组成分析的基础上，对产物的磁性能的变化进行了研究，并给出了可能的形成机理。CTAB中的溴起到了诱导剂的作用，使前驱体混合物中的铁源在煅烧过程中先得到了单质铁，这样有利于下一步与碳源中的碳结合得到碳化铁。对比不同碳源，反应过程中尿素有一部分与铁源反应得到容易分解的氮化铁，相对于三聚氰胺做碳源产物中碳化铁百分含量降低，磁性的功能性也随之降低。
【作者】高佳佳；
【导师】杨桦；
【作者基本信息】吉林大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】碳化铁；复合材料；溶胶凝胶法；磁性能；

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