钒掺杂ZnFe2O4纳米铁氧体的燃烧合成：结构-磁电多维度性能调控及高频应用探索

本文系统研究了钒（V）掺杂ZnFe2O4纳米铁氧体（VxZnFe2-xO4）的制备与性能。通过燃烧合成法获得不同V含量样品，XRD证实其立方尖晶石结构，晶粒尺寸随V含量增加而减小（64.0→23.8 nm）。磁学分析显示饱和磁化强度（Ms）和矫顽力（Hc）随V5+掺杂降低，介电常数（150-155）和损耗（10-15）表明其适合高频应用。HRTEM显示球形颗粒（17.4-28.9 nm），XPS验证V5+存在。该材料在锂/钠离子电池电极和抗涡流器件中具应用潜力。

　　

Highlight

钒掺杂ZnFe₂O₄纳米铁氧体（V_xZnFe_2-xO₄）通过闪燃燃烧法合成，其结构-功能关系揭示了独特性能：XRD显示立方尖晶石相（JCPDS 22-1012），晶粒尺寸从64.0 nm（纯样）降至23.8 nm（1.0 wt.% V）。有趣的是，位错密度飙升15倍（0.244→1.76×10^-3 nm^-2），就像给材料"打上了原子级弹坑"。

Materials and preparation route

实验采用"化学配比鸡尾酒"——将NH₄VO₃、柠檬酸与金属硝酸盐按Zn:Fe=1:2混合，99.99%高纯原料在闪燃反应中自组装成纳米颗粒，仿佛一场分子级的焰火表演。

XRD analysis

XRD图谱中(311)峰像指纹一样确认了尖晶石结构，而晶格常数变化暗示V⁵⁺离子成功"入侵"晶格。Raman光谱新增的缺陷峰，如同材料在呐喊："看我多了几个电子舞池！"

Conclusions

这项研究就像为ZnFe₂O₄施了"钒魔法"：磁性能M_s先升后降（13.3→15.9→10.5 emu/g），介电常数（150-155）配合低损耗（0.02-0.08）使其成为高频器件中的"静音战士"。HRTEM显示的17.4 nm球形颗粒，堪比纳米级的保龄球，而XPS证实的V⁵⁺就像隐藏在晶格中的"高价特工"，为锂电电极开发铺路。