硼酸盐玻璃结晶超细锂铁氧体的结构和磁性能

【引言】

与硅酸盐玻璃相比，硼酸盐玻璃的优点是，可以通过将玻璃状基质溶解在稀释的醋酸中来分离铁氧体颗粒。与硅酸盐玻璃相比，这些玻璃还可以在较低的温度下熔化，并具有较低的粘度。然而，在高Fe₂O₃浓度的玻璃浇注过程中，应加入一些碱氧化物，如K₂O和Na₂O，以减少不混溶性和自发结晶倾向。Na₂O的加入不如K₂O有利，因为加入Na₂O后FeBO₃可能会结晶。

【成果介绍】

摩尔分数为51.7 B2O3/9.3 K2O/1 P2O5/27.6 Li2O/10.4 Fe2O3的玻璃在400至540℃的温度范围内结晶不同时间（2-12小时）。X射线衍射显示立方锂铁氧体具有尖晶石结构LiFe5O8，同时具有尺寸在3至31 nm范围内的小晶粒。使用Linseis DSC PT1600热分析仪确定了制备玻璃样品的热分布。在440、480和500℃下结晶的样品显示出无序相，而在540℃下结晶则表明向有序状态的相变。磁化曲线表明，在440℃结晶的样品具有超顺磁性，最大磁化强度很低，而在480℃和500℃结晶的样品具有清晰的S形磁化曲线，矫顽力为零，因此也具有超顺磁性。相比之下，在540℃结晶的样品显示出40 Oe的矫顽场，因此具有铁磁性。磁性能可根据铁氧体晶体的大小以及结晶条件进行调整。

【图文导读】

图1：51.7 B₂O₃/9.3 K₂O/1 P₂O₅/27.6 Li₂O/10.4 Fe₂O₃ 玻璃在10 K min^-1加热速率下的DSC曲线。

图2：在400-540 ℃下2 h的LiFe2710玻璃陶瓷样品的XRD谱图。

图3：用于比较的尖晶石锂铁氧体有序（SO）和无序（SD）相的模拟XRD图谱。

图4：在440℃下不同时间结晶的LiFe2710微晶玻璃样品的XRD图谱。

图5：从（a）440℃结晶8h，（b）480℃结晶2h，（c）500℃结晶2h，以及（d）500℃结晶2h（放大倍数更高）的LiFe2710微晶玻璃样品中通过复制提取获得的颗粒的TEM显微图与HRTEM显微图相对应。

图6：在440℃下热处理2、8和12小时（左）以及在480、500和540℃下热处理2小时（右）的LiFe2710微晶玻璃样品的室温磁化曲线。

图7：LiFe2710最大磁化强度的温度和时间依赖性，（a）在440℃下结晶2、8和12小时的微晶玻璃样品，以及（b）在480、500和540℃下结晶2小时的微晶玻璃样品。

【结论】

在400至540℃的温度范围内，对摩尔分数为51.7 B2O3/9.3 K2O/1 P2O5/27.6 Li2O/10.4 Fe2O3的玻璃进行2至12小时的热处理，使立方LiFe₅O₈结晶。在400℃和540℃下结晶的样品的晶粒尺寸分别为2 nm和31nm。在440、480和500℃下结晶导致无序LiFe₅O₈的形成，而在540℃下热处理的样品显示出有序状态。在440℃、480℃和500℃下结晶的样品的磁性测量表明，这些样品具有超顺磁性。在540℃下结晶的样品具有铁磁性，显示出40 Oe的矫顽场。通过对结晶条件的仔细调整，我们可以调整超顺磁性微晶玻璃的磁性，并最大限度地提高其磁化强度。