離子摻雜改性鐵氧體材料的研究進展

焦小莉，蔣榮立，呂 慧，姚麗鑫，安茂燕

(中國礦業大學化工學院，江蘇徐州221116)

0 引言

鐵氧體材料來源豐富、價格低廉、環境良好，在生物醫學、信息存儲、軍事屏蔽、催化、磁流體等各個領域有廣泛的應用，是當前材料科學領域研究的熱門方向。近年來，對環境的關注和對能源短缺的憂慮使得人們對動力電源的需求與日俱增，對電池的發展提出了更高的要求，高性能、低成本和綠色環保等因素逐漸成為人們關注的焦點，這對電極材料的性能也提出了更為苛刻的要求。Fe3O4納米晶具有立方反尖晶石結構，即為Fe3+［Fe2+Fe3+］O4結構形式。晶體中含有交替排列著的Fe2+和Fe3+，電子容易受電場影響從Fe2+躍遷到Fe3+，使其具有導電性。通過離子取代，可以改變晶格局域能級，提高材料體相電導率，且在晶格中形成的離子空位也能提高其電導率。因此，通過金屬離子摻雜能夠有效提高鐵氧體的導電率。同時，由于鐵氧體具有電容量較大、循環性能好以及電化學活性高等優勢，且摻雜后鐵氧體的電容量及循環性能將進一步提高，因此摻雜鐵氧體材料在電池、電容器等電能儲存材料領域有非常廣闊的應用前景。

1 摻雜元素的種類和摻雜方式

Fe2+和Fe3+只占據了鐵氧體晶格中少量的晶位，大部分晶位都是空位，這為鐵氧體的摻雜改性提供了結構基礎。當將微量雜質元素摻入晶體時，就可能形成雜質原子置換缺陷，從而對晶體的性質(力學、電學、磁學、光學等性質)產生極大的影響。摻雜鐵氧體電性能的改善與摻雜離子的種類(Zn2+，Co2+，Cd2+，Cu2+，Ti4+，Mg2+，Ni2+，等)、摻雜方式以及摻雜后不同的處理條件等因素有關。……