Ce3+ 掺杂对溶液燃烧法制备Co-Cd纳米铁氧体结构、介电及阻抗特性的调控机制研究

本研究通过溶液燃烧法合成Co1-x Cdx Cey Fe2?y O4 纳米铁氧体，系统探究了Cd2+ 和Ce3+ 共掺杂对材料晶体结构、介电常数(ε')、损耗角正切(tan δ)及交流电导率(σac )的影响。研究发现Ce3+ 掺杂可降低晶格常数和介电性能，阻抗分析揭示晶界主导传导机制，为高频电子器件和磁存储材料设计提供新思路。

　　

在纳米科技蓬勃发展的今天，尖晶石型铁氧体因其独特的电磁特性成为材料科学的研究热点。这类材料在磁记录、微波器件和生物医学等领域展现出巨大潜力，但传统制备方法存在能耗高、颗粒尺寸不均等问题。特别是对于钴-镉铁氧体体系，稀土元素掺杂对其性能的调控机制尚不明确。印度卡纳塔克邦库文普大学物理系的研究团队创新性地采用溶液燃烧法，通过Ce³⁺
和Cd²⁺
的协同掺杂，成功制备出具有可控电磁特性的纳米复合材料，相关成果发表在《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》。

研究采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和能量色散X射线分析(EDAX)进行表征，通过LCR阻抗分析仪在100Hz-10MHz频率范围测量介电和阻抗参数。

XRD研究
XRD图谱证实所有样品均形成立方尖晶石单相结构，晶格常数随Cd²⁺
含量增加从0.8319 nm扩展至0.8412 nm，而Ce³⁺
掺杂产生收缩效应。晶体尺寸分布在24.43-45.41 nm范围，X射线密度变化范围为5.407×10³
至6.467×10³
kg/m³
。

介电与阻抗特性
频率依赖性分析显示ε'、tan δ、阻抗实部(Z′)和虚部(Z″)随频率升高而降低，σ_ac
则呈上升趋势，符合Maxwell-Wagner界面极化模型。Cd²⁺
掺杂使介电参数呈现先增后降的非单调变化，在x=0.2组分达到峰值；Ce³⁺
的引入系统性降低所有介电响应值。阻抗谱分析明确揭示晶界对传导过程的主导贡献。

结论与意义
该研究首次阐明Ce³⁺
-Cd²⁺
共掺杂对Co-Fe-O体系的结构-性能调控规律：Cd²⁺
通过扩大晶格增强介电响应，而半径更大的Ce³⁺
(1.14 ?)取代Fe³⁺
(0.645 ?)引发晶格畸变，导致电磁参数下降。溶液燃烧法成功实现纳米颗粒的可控制备，阻抗机制研究为器件设计提供理论依据。所得材料在高频开关器件、磁存储介质及生物医学应用方面具有重要价值，特别是通过稀土掺杂实现性能精准调控的策略，为新型功能材料开发开辟了新途径。