成核剂和中间体对玻璃晶化纳米磁铁矿磁性的影响

【引言】

       从多晶玻璃熔体得到单相结晶一直是一个难题。合成物的选择，包括中间体、改性剂和成核剂，对于在玻璃基质中形成分散的纳米晶相是非常重要的。结晶颗粒可以在熔融组分冷却过程中或在不同的热处理过程成核和生长。在玻璃基质中生长单相磁性纳米颗粒是一个特别有趣的课题。它们可以为不同的应用提供二氧化硅修饰的单畴或多畴纳米颗粒。

【成果介绍】

       研究了铬和磷氧化物对含铁硼硅酸盐玻璃的生长和磁性能的影响，以及在不同热处理条件下玻璃的演化。该玻璃SiO₂和Fe₂O₃的比例在1.49至2.68之间，Al₂O₃/MgO作为中间/改性剂氧化物。用Cu-Kα射线衍射仪对晶体进行了X射线衍射鉴定。用57Co源在铑基体中获得了室温恒加速度透射几何中的穆斯堡尔谱。对于热膨胀测量，我们使用了Linseis-L75膨胀仪，还测量了磁性能。X射线衍射和穆斯堡尔谱数据显示，在所有制备的样品中，磁铁矿是主要晶相，但在一些样品中也可见额外数量的赤铁矿和富铁顺磁相。磁响应与磁铁矿不同部位（四面体和八面体）观察到的无序相关联。

【图文导读】

BSF微晶玻璃样品的玻璃化转变温度（实心符号）和膨胀系数（空心符号）。

每个圆角矩形包含具有相同成核剂的样品。

含铁硼硅微晶玻璃样品的X射线衍射数据。未标记峰与磁铁矿结构一致。

标有*的峰对应于Fe₂O₃（赤铁矿）相。

从[311]峰的半宽中提取的磁铁矿颗粒的平均尺寸。对Cr₂O₃和P₂O₅的数据分别包围。

含铁微晶玻璃样品BSF的穆斯堡尔谱。

含铁硼硅微晶玻璃磁化强度的温度依赖性。插图：超温TV下磁化强度的尺寸依赖性。

【结论】

       通过含铁硼硅玻璃的结晶制备了一系列微晶玻璃样品。玻璃中还含有少量的中间产物和改性剂Al₂O₃和MgO以及作为成核剂的Cr₂O₃或P₂O₅。结晶过程导致铁含量较低的样品中形成含有微量赤铁矿的磁铁矿。成核剂的作用非常复杂，取决于起始成分中Fe和Si离子的比例。具体地说，Cr₂O₃促进大颗粒长大，减少分散铁离子的数量，并促进几乎wan美的低铁磁铁矿生成。然而，用这种成核剂获得的磁铁矿在低铁含量下显示出连续的Verwey转变。P₂O₅促进颗粒细化，但允许大量铁离子分散在玻璃基质中。铁含量的增加促进形成具有明确Verwey转变的结构良好的磁铁矿。铝和镁离子虽然数量很少，但似乎既影响八面体配位中不同位置的占据，也影响顺磁性铁的水平。前者减少了这些铁离子的数量，降低了磁铁矿八面体位置的占据程度，而Mg²⁺离子增加了分散铁的数量，减少了四面体位置的占据。