[发明专利]激光诱导自蔓延高温合成铜铁氧体材料的方法

说明书

本发明公开了一种激光诱导自蔓延高温合成铜铁氧体材料的方法，该方法通过使用激光器输出激光对材料进行激光诱导，由激光调控自蔓延反应的进行，可有效调整激光烧结功率、烧结区域和烧结时长，以此诱导地在高温下控制生成预期铁氧体材料。本发明制备方法简易，可对反应条件及原样进行及时调整以满足产物需求，原料利用率高，无过程废弃物，产物制备周期短，生成物可控。

技术领域

本发明涉及一种铜铁氧体材料的生成方法，特别是涉及一种激光诱导自蔓延高温合成铜铁氧体材料的方法。

背景技术

铜铁氧体属于铁氧体中的一类金属氧化物，具有铁氧体类化合物所特有的铁磁性。铜铁氧体为尖晶石结构的半导体材料，结构性能稳定，因良好的气敏性质、电磁性质、吸附性质以及催化性质等多个方面特性而备受关注。特别是尖晶石型的铜铁氧体具有良好的光催化性能，表现为禁带宽度窄、光吸收波段宽等多项优异的特性，且具有易于回收的铁磁性，近年来常被研究应用在废水处理的应用领域中。

近现代以来，对工业生产与生活过程中大量排放的有机废水的处理需求日益迫切，新兴的高级氧化技术中，光催化氧化法因有降解无选择性、常温常压、无毒性、化学性质稳定、可重复利用和具有大规模利用太阳能的前景而备受关注。尖晶石结构的铜铁氧体化合物作为典型的一种光催化剂材料，具有其禁带宽度小、无光腐蚀性、催化性能活跃等众多优点。

目前常用的铜铁氧体类化合物的制备方法有以下几种：气相化学反应法、溶胶凝胶法、化学共沉淀法和固相法。一般气相化学反应法适合用于实验研究，其合成量有限、成本高的特点使其难以工业化生产。采用溶胶凝胶法制得的铁氧体粉末在烘干后容易形成硬团聚现象，干燥时收缩大、易裂开，且制备步骤繁杂。化学共沉淀法在沉淀过程中常出现胶状沉淀，难于过滤和洗涤且沉淀不均匀。固相法具有设备工艺简单、成本低、产量大的特点，制备的粉体颗粒无团聚，但其也有能耗大、难控制、粉体不够细、易混入杂质等缺点。

综上所述，制备铜铁氧体材料是目前对铜铁氧体研究进程的一大阻碍，人们迫切需要一种实现工艺简单、节能、高效、可控、无污染的铁氧体类化合物生成方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光诱导自蔓延高温合成铜铁氧体材料的方法，该方法快速高效的合成产物铜铁氧体，其工艺简单、节能、高效，实现生成物可控，无废弃物污染物产生。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种激光诱导自蔓延高温合成铜铁氧体材料的方法，特点是以铜、铜的氧化物、铁及铁的氧化物为原料，采用激光诱导发生自蔓延反应，使原料反应生成Cu₂O，催化合成过程的进行；具体包括以下步骤：

步骤1：选取所需原料粉末，并将原料充分均匀混合得到混合原材料；

步骤2：将所述混合原材料置于反应容器中；

步骤3：采用激光照射在混合原材料上，调节激光器，激光诱导发生自蔓延反应，生成铜铁氧体材料初产物；

步骤4：对铜铁氧体材料初产物进行后期研磨，得到颗粒小、均匀度好的铜铁氧体材料；其中：

步骤1中所述原料粉末为铜、铜的氧化物、铁及铁的氧化物，根据实际产物需求选取原料粉末的种类和比例；所述充分均匀混合为由研磨、搅拌方式得到混合均匀的小颗粒粉末，或者对混合均匀的小颗粒粉末进行压片；

步骤3中所述激光诱导发生自蔓延反应，该反应通过改变热的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成份及结构。

所述所述激光器为连续激光器或脉冲激光器，输出激光波段是红外波段；所述激光的光谱波段为红外波段、可见光波段或红外和可见光混合波段。

所述激光照射在混合原材料上，其照射的区域、功率、时间通过反馈调节控制，根据需求生成目标产物，对制备生成产物的过程实现定域的实时可控。