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锰锌铁氧体作为智能热疗材料日益受到关注。本文介绍了锰锌铁氧体材料的的结构与特性,综述了其制备方法及其在肿瘤热疗领域的研究和应用进展,阐述了锰锌铁氧体作为智能热疗材料的控温机制和发热原理。同时,还对热疗用磁性材料的发热能力与其磁学性能参数的关系进行了讨论。
通过水热方法,本文合成了居里温度范围在60~118℃的锰锌铁氧体纳米微粉,微粉粒径均匀,粒径分布集中在20~30nm,有较强的磁响应能力。但纳米磁粉的微观均匀性仍有待改善。在制备过程中,本文还通过XRD、SEM和VSM对前驱体的沉淀工艺、沉淀剂和添加剂的选择、水热反应条件等因素进行研究和讨论,并通过羟基负离子配位体理论解释了水热反应过程的晶体溶解和生长现象。研究表明:水热前驱物的共沉淀工艺中,pH值对于保证金属离子均匀完全沉淀极为重要,pH=11左右较为适宜;Mn(Ⅱ)沉淀随搅拌时间延长易被空气氧化而无法参与随后的水热反应,应通过控制搅拌时间并加入还原剂避免Mn(Ⅱ)氧化。水热合成工艺中,NaOH沉淀比氨水沉淀合成试样粒径更小,形状更均匀;添加剂对于获得单相尖晶石结构十分必要;水热产物的粒径和晶化程度随反应温度提高而长大,产物晶化程度随反应时间的延长而提高;抽滤去除清液会导致前驱体形成层状的堆积,不利于纳米微粉的形成和成分的均匀。
结合DSC和TG曲线本文分析了氧化物法预烧与烧结工艺中的反应情况;并根据实际需要讨论了混料、预烧、烧结和冷却工艺对材料结构与性能的影响。预烧工艺可仞步形成铁氧体,降低烧结条件,1100℃保温1h为本文合适的预烧条件;过高的温度和过长的保温时间会导致试样熔化,本文选择烧结条件为1300℃保温1.5h;流氮冷却和高温淬火均可避免冷却过程中铁氧体的分解,但高温淬火方式工艺更为简单,也更为适宜生产发热铁氧体材料。
在以上工艺基础上,本文通过掺杂稀土元素R改善了铁氧体材料磁性能;通过制备了不同稀土掺杂量的铁氧体试样,讨论稀土掺杂对于锰锌铁氧体的结构和磁性能的影响。研究表明:试样比饱和磁化强度Ms随稀土的掺入量的先升后降,矫顽力Hc随掺入量升高,掺入量摩尔百分数为0.5~1%可同时获得较高的Ms和Tc,最为适宜提高发热性能。
同时,本文还对组分相同的锰锌铁氧体水热试样和氧化物法所得试样进行了结构和性能比较。水热试样居里温度略低于氧化物法所得试样,但因为其尺寸较小,结晶程度不完全,因此在磁性能上明显弱于后者。