Mn1-x Nix Fe2 O4 固溶体中Mn2+ 替代Ni2+ 对初始磁导率与居里温度的调控机制研究

本研究通过固相烧结法制备Mn1-x Nix Fe2 O4 陶瓷样品，探究Ni2+ 被Mn2+ 替代对磁性能的影响。结果表明，Ni替代可提升居里温度(TC )，并通过磁导率与热容分析发现双放热峰现象，首次提出晶格重排与磁相变的关联机制，为高频磁性材料设计提供理论依据。

　　

磁性材料领域长期面临高频应用下磁性能调控的挑战。尖晶石铁氧体(Spinel ferrites)因其独特的磁电特性成为射频器件的核心材料，其中NiFe₂
O₄
与MnFe₂
O₄
的固溶体体系存在居里温度(T_C
)跨度大、文献数据矛盾等问题。俄罗斯科学院的研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表研究，通过系统调控Mn²⁺
替代Ni²⁺
的比例，揭示了化学组成-晶体结构-磁性能的构效关系。

研究采用三大关键技术：1) 固相合成法在1200°C制备x=0-1的Mn_1-x
Ni_x
Fe₂
O₄
系列样品；2) 结合X射线衍射(XRD)与差示扫描量热法(DSC)分析相变行为；3) 通过环形线圈电感法测量初始磁导率(μ')的温度依赖性。

【研究结果】

1. 样品合成与晶体结构
   XRD证实所有组分均形成单相立方尖晶石结构，晶格参数随Mn含量增加从8.34?(x=0)线性增至8.50?(x=1)，符合Vegard定律。

2. 磁性能分析
   磁导率曲线显示典型Hopkinson效应（近T_C
   处的磁导率突增），测得T_C
   从585°C(x=0)单调降至340°C(x=1)，每增加10%Mn含量T_C
   降低约25°C。

3. 热容与相变机制
   DSC检测到双放热峰：第一峰对应磁相变（与μ'突降温度一致），第二峰经高温XRD证实源于立方-四方晶格转变，该现象在x=0.5组分中最显著。

【结论】
N.A. Cherkasova团队首次建立Mn_1-x
Ni_x
Fe₂
O₄
体系的完整相图，阐明Ni²⁺
替代通过改变阳离子分布（八面体/四面体位点占位）调控磁耦合强度。发现晶格重排温度与Mn含量呈非线性关系，为开发温度稳定性优异的高频磁芯材料提供新思路。该研究统一了前人矛盾的T_C
数据，证实固相合成结合淬火是获得单相固溶体的关键。