钴铁氧体CoFe2O4是铁氧体中尖晶石型结构铁氧体,它的通式是MFe2O4。M是一个二价的过渡金属离子或者组合金属离子,有磁性,他们被广泛应用于许多技术应用[7]。混合金属离子(如锰、锌、镍、铜等)是高频应用领域的重要组成部分,如变压器、信息技术等。这些铁氧体的电磁性能与其材料的微观结构息息相关。对于不同频率范围的应用,渗透性是一个关键因素,它在很大程度上取决于微观结构和烧结条件。而铁氧体的烧结工艺已经被广泛的研究,因为控制材料的微观结构可以优化其性能。钴铁氧体的渗透率非常低,因此很少应用于高频领域。所以关于关于钴铁氧体烧结工艺和微观结构与性能之间的关系的报道几乎没有。最近将钴铁氧体作为基于Tb–Dy–Fe 合金[8,9]磁致伸缩智能材料的替代品的研究引起了学者们的广大关注。磁致伸缩是磁性材料在磁场中的形状变化(焦耳效应)[10],这种作用是可逆的,因为一种磁性材料的状态可以在施加应力的影响下发生改变(维拉里效应)[11]。磁致伸缩智能材料应用于超声波发生器、位置传感器、微动控制等[12,13],许多智能结构和设备都在开发这种智能材料。与压电智能材料相比,磁性材料有热稳定性好和非接触远程操作可能性的优点。目前使用的合金材料具有很大的收缩性和磁致伸缩应变能力[12,13],但是这种合金有很大局限性如成本较高、力学性能差等。而钴铁氧体作为一种经济可行的替代材料,同样具有优良的磁致伸缩性能得到了可观的地位。86375

钴铁氧体是一个逆尖晶石结构,正常情况下的尖晶石架构,都是二价的阳离子占据氧离子组成的四面体体心的位置,三价的氧离子占据氧离子组成的八面体体心位置。每个氧离子被三个三价阳离子和一个二价阳离子环绕。而CoFe2O4略有不同,其中Co2+位于四面体中心,Fe3+同时位于八面体和四面体中心。众所周知,它有高磁晶各向异性和高磁致伸缩应变[14]。近年来Paulsen等人研究了锰取代钴铁氧体磁致伸缩性能的影响,研究表明磁机械耦合系数可以提高,铁素体的性能可以调谐为压力传感应用[15]。同时,锰取代钴和铁会影响磁致伸缩性能的不同方面[16,17]。金属性的和聚合物粘合剂对磁致伸缩性能的影响也做了许多研究[9]。由低温烧结的纳米钴铁氧体粉体材料在微观结构上的差异改进了磁致伸缩性能[18]。在许多研究报告中粒度、烧结温度对于钴铁氧体的性能都会有一定的影响,这样的研究有助于钴铁氧体的工艺参数的优化,为钴铁氧体陶瓷领域做出贡献。论文网

作为典型的磁性材料,钴铁氧体在电子学[19]、光磁学[20]、催化[21]、磁流体[22]、磁共振成像技术[23]、癌症治疗[24]等方面都有举足轻重的地位。同时钴铁氧体磁性材料能力相当好,它的电阻率也很高,磁谱特性良好,而且耐磨、耐腐蚀、化学稳定性高,对人体无害。它是记录磁带重要组成部分,又是吸波材料,在隐形战机领域也有发展潜力,在生物医学领域都有它存在的影子[25]。

由于钴铁氧体作用广泛,很多针对它的研究逐渐展开。随着研究的多样化、系统化深入化,从制备粉体到对这种材料的灵活应用,甚至产品的形状和性能也可以调控。各国的研究学者们孜孜不倦的探索发现,目的就是尽可能的扩大它的利用价值,是其对于生产生活产生更好的影响。钴铁氧体陶瓷的的制备分为粉体制备、造粒、坯体成型、烧结几个步骤。许多专家学者对钴铁氧体都有重要的研究和发现。Gopalan E V[26]等人使用溶胶凝胶法成功制备出颗粒大小13-15nm的钴铁氧体纳米粉体,这种粉体微观下呈球形。这些学者通过研究它的结构、磁性能和导电性,在量子力学隧道效应理论上建立了模型,这使得解释钴铁氧体导电性更直观。Liu Y[27]等人成功制备出57-105nm粒径大小的钴铁氧体纳米微粒,他们是用的溶胶凝胶自组装法并改变了烧结温度来得到这种粉体。在实验过程中他们发现,样品的比饱和磁化强度随着烧结温度的提高而提高,晶粒大小也随着退火温度的升高而发生变化,与此同时,晶粒大小变化也改变了样品的磁性能。Ji G B[28]等人以FeCl3•6H2O和CoCl2为原料,以十六烷基溴化铵为表面活性剂,使用水热法成功制备出钴铁氧体纳米棒,这个纳米棒直径25nm左右而长度有大约120nm。这项成果对用水热法合成金属氧化物的纳米棒有很大的帮助。刘莹莹[29]等人将两种不同的表面活性剂和异辛烷和水组成了反胶束体系,他们在这个与众不同的微型反应器中成功合成几十纳米大小纳米钴铁氧体粉体。在此基础上他们还研究了钴铁氧体纳米微粒的微观形貌、结构和尺寸在两种不同微乳液体系中的变化。Kim Y I[30]等人通过观察实验发现化学沉淀法制备的纳米级钴铁氧体粉体在制备过程中可以不用模板剂,因为纳米粒子的表面活性能便可以促使其制备出2-14nm的粒子,整个制备过程仅仅调节反应温度就可以达到目的。这种方法制出的纳米粉体在室温下也有超顺磁性和铁磁性。Tuysuz H[31]等人成功合成出钴铁氧体纳米线,他们使用的材料是MCM–41,SBA–15,KIT–6,他们在这项研究中成功的将纳米磁性离子的形貌变的可控。学者们还发现,掺杂稀土元素对钴铁氧体磁性材料具有非凡的意义,他们以此为基础发展出了钴铁氧体的复合材料,将钴铁氧体的发展领域拓展到更广阔的地方。

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