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钴铁氧体纳米粒子制备及其镧掺杂的磁性能研究
1.引言
钴铁氧体（CoFe2O4）是一种具有良好磁性能的磁富集材料，广泛用于磁记录、磁性涂层、医学成像等领域。近年来，随着纳米技术的快速发展，制备纳米钴铁氧体材料成为了研究的热点之一。在实际应用中，往往要求对钴铁氧体的磁性能进行调控和优化，例如增强磁性，提高稳定性等。目前，掺杂稀土元素是普遍采用的调控手段之一。本文通过研究制备了一系列钴铁氧体纳米粒子及其镧掺杂的磁性能，探讨了镧掺杂对钴铁氧体纳米粒子磁性能的影响。
2.实验方法
2.1.材料制备
以氯化钴和氯化铁为前驱体，采用共沉淀法制备了未掺杂和不同掺杂量的镧掺杂钴铁氧体纳米粒子。制备过程中利用氨水和氢氧化钠分别作为沉淀剂和调节剂，将氯化钴和氯化铁的水溶液分别滴加到含氨水和氢氧化钠溶液中，保持不断搅拌，最终在恒温水浴中加热干燥得到纳米粒子。
2.2.表征性能
进行了X射线衍射分析（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和振动样品磁强计（VSM）测试。利用XRD分析纳米粒子的结构和晶相，利用FESEM观察其形貌和尺寸，利用VSM测量其磁性能。
3.结果与分析
3.1.纳米粒子表征
图1展示了XRD分析的未掺杂钴铁氧体纳米粒子和镧掺杂的钴铁氧体纳米粒子的XRD图谱。所有样品的XRD图谱均符合立方晶系的钴铁氧体相。镧元素的掺杂没有引起结构或晶相的改变，但掺杂浓度的增加使得晶粒尺寸减小了。
图1.镧掺杂钴铁氧体纳米粒子的XRD图谱（a）未掺杂、（b）1%镧掺杂、（c）3%镧掺杂
图2a展示了FESEM图像，可见纳米颗粒形状几乎均匀、表面光滑。镧元素的掺杂量增加时，部分纳米颗粒的尺寸减小。图2b展示了不同镧掺杂量的纳米颗粒的大小分布曲线，显示掺杂量的增加缩小了纳米颗粒的尺寸分布。
图2.FESEM图像（a）1%镧掺杂的纳米颗粒（b）镧掺杂对纳米颗粒尺寸的影响
3.2.磁性测试
钴铁氧体具有良好的磁性能，体现在饱和磁化强度（Ms）和矫顽力（Hc）上。图3展示了不同镧掺杂量的纳米颗粒的Ms和Hc。未掺杂样品显示了最大的Ms，这意味着未掺杂样品具有最高的磁化强度。但是，镧元素的掺杂却提高了样品的抗磁性和热稳定性，表明镧元素的引入成功地抑制了超顺磁相对于磁性的发展。
图3.镧掺杂钴铁氧体纳米颗粒磁性能的变化
4.结论与展望
本文研究了铁钴氧体纳米粒子制备及其镧掺杂的磁性能。结果表明，镧掺杂可以有效地提高钴铁氧体的稳定性和抗磁性。虽然未掺杂样品显示了最优的磁化强度，但是掺杂可能更适合一些特定的实际应用。在未来，有必要针对不同应用领域进行更深入的研究，以精确掌握钴铁氧体纳米粒子的性质和调控方法。