全氧化物硬磁/软磁纳米复合永磁材料的制备及磁性能研究

单相六角锶铁氧体的应用领域十分广泛，但亚铁磁性导致它的饱和磁化强度不大，磁能积与理论值有很大差距。通过硬磁/软磁交换耦合实现磁性能提高成为一个重要研究方向，但现有的结果表明硬磁、软磁耦合的概念在全氧化物纳米复合永磁材料中还没有真正实现。基于对目前研究中存在的问题分析，本项目拟在复合形式、软磁材料体系选择和合成方法方面创新思路，着重研究的问题是：以往采用核/壳两相复合形式难以实现矫顽力、饱和磁化强度同时增强，本项目拟设计和制备核/(多)壳结构的复合材料，系统深入地认识矫顽力机理，实现磁能积提高；高饱和磁化强度软磁材料是硬磁/软磁复合材料磁能积提高的必要条件。以前的报道中，多选用软磁铁氧体和La-Sr-Mn-O作为壳层材料。本项目研究中，我们尝试将饱和磁化强度大得多的类钙钛矿结构锰氧化物CaCu3Mn4O12用于壳层材料；将尝试应用高压水热反应制备复合样品，避免高温烧结可能生成的界面杂相。

该项目以揭示硬磁/软磁复合体系中相互作用机理为主要目的，探索提高磁性能的有效途径。在该项目的资助下，完成的主要研究结果如下。. 1、硬磁SrFe12O19/软磁γ-Fe2O3. 用共沉淀法一步合成样品。通过控制Fe3+/Sr2+摩尔比以及后续处理温度，改变两相的相对含量及晶粒大小，实现了两相间的交换耦合作用。室温下，获得了较高的矫顽力Hc（5794 Oe）、饱和磁化强度Ms（64 emu/g）和剩磁比Mr/Ms（0.52）。. 2、硬磁SrFe12O19/软磁Ni0.6Zn0.4Fe2O4. 获得了两相间的交换耦合系数ɑex与软磁相的质量比fs的经验公式：ɑex = ɑ0exp(﹣fs/f0)。进而得出：1）ɑex在0.04~0.14之间，小于传统的合金磁体的值0.2~0.38；2）该复合体系的退磁因子为0.63，高于传统的合金磁体，这是引起矫顽力下降的主要原因。此外，所有样品的Mr/Ms都小于0.5，原因在于粒子聚集严重，导致强偶极相互作用（其强弱用偶极场Hdip来表示），抑制了Mr/Ms。这些结果表明，磁性粒子的形状、分散性对磁性的影响显著。然而，对于SrFe12O19，难以制备出形貌规则、大小均匀且分散的粒子。因此，后续的工作中，采用多种方法，制备出均匀、分散的硬磁CoFe2O4/软磁CoFe合金复合物作为模型体系，更深入、准确揭示硬磁/软磁复合体系磁性的机理。其中CoFe合金是典型的软磁材料，其Ms值高达230 emu/g。.3、硬磁CoFe2O4/软磁CoFe.以往报道的CoFe2O4和CoFe复合体系的Mr/Ms均小于0.5，经过观察与分析，认为聚集的粒子中，Hdip大，压制了Mr/Ms。我们通过多种方法，提高分散性，获得了高于0.5的Mr/Ms，且保持较高的Hc。此外，通过调控粒子间距、粒子磁矩与各向异性，深入揭示了偶极作用与各向异性的强弱对硬磁/软磁复合体系磁性影响的本质。.4、通过铁磁/反铁磁之间的交换耦合， 实现了Ni0.6Zn0.4Fe2O4/Co3O4与 CoFe2O4/Co3O4复合体系的矫顽力增强。. 5、我们以弱磁性的Zn(La,Fe)2O4和弱各向异性的软磁NiFe2O4为研究对象，突出研究表面自旋和应力对纳米粒子体系磁性的影响，观察到表面自旋和应力引起的磁性的显著变化。