本發(fā)明屬于固體廢棄物再資源化及磁致伸縮材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用廢舊鋰離子電池制備過(guò)渡態(tài)金屬摻雜稀土鈷鐵氧體磁致伸縮材料的方法。

背景技術(shù)：

氧化鐵系的磁致伸縮智能材料因其潛在的應(yīng)用價(jià)值吸引了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。燒結(jié)的多晶的鈷鐵氧體作為一種可以替代應(yīng)用廣泛的稀土合金磁致伸縮材料，因其價(jià)格便宜，具有較大的矯頑磁場(chǎng)和飽和磁化強(qiáng)度、較高的磁晶各向異性、機(jī)械強(qiáng)度好，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕和耐磨損等性能被廣泛的研究并應(yīng)用于醫(yī)療，軍工等重要領(lǐng)域。目前對(duì)鐵氧體的研究制備主要通過(guò)化學(xué)原料合成，制備方法多樣，有成熟的制作工藝但是成本較高。而廢舊鋰離子電池含有大量鈷、鐵金屬離子甚至高于它們?cè)谔烊坏V石中的含量，將廢舊鋰離子電池經(jīng)過(guò)拆卸，溶解分離出金屬離子混合物直接用于鈷鐵氧體的制備，不但降低了對(duì)廢舊鋰離子電池分離要求，而且降低了鈷鐵氧體制作成本。

通過(guò)不同的金屬離子取代鈷鐵氧體中的鈷離子或鐵離子，進(jìn)入到鈷鐵氧體的尖晶石晶格中會(huì)對(duì)鈷鐵氧體的結(jié)構(gòu)、性能造成不同程度的改變。稀土離子（re³⁺）因具有大的離子的半徑和穩(wěn)定的化合價(jià)，當(dāng)其取代fe³⁺進(jìn)入到立方晶格中，出現(xiàn)re-fe的交互作用及3d-4f軌道的自旋耦合，過(guò)渡態(tài)的金屬用于取代鈷鐵氧體中的二價(jià)鈷離子，由于金屬離子之間的相互作用及原子軌道的自旋會(huì)改變鈷鐵氧體的磁性和磁致伸縮性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種利用廢舊鋰離子電池制備過(guò)渡態(tài)金屬摻雜稀土鈷鐵氧體磁致伸縮材料的方法，該方法通過(guò)微量的稀土元素?fù)诫s可以使鈷鐵氧體在低磁場(chǎng)的條件下獲得大的磁致伸縮性，并且制備過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低廉、經(jīng)濟(jì)高效且制得的產(chǎn)品性能優(yōu)良。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，利用廢舊鋰離子電池制備過(guò)渡態(tài)金屬摻雜稀土鈷鐵氧體磁致伸縮材料的方法，其特征在于具體步驟為：

（1）將拆分后的廢舊鋰離子電池正極材料溶解在含h2o2的摩爾濃度為3.5mol/l的硫酸溶液中，調(diào)節(jié)ph值使co²⁺、fe³⁺充分沉淀，過(guò)濾后的濾渣用硝酸溶解；

（2）將步驟（1）中溶解濾渣所得溶液中補(bǔ)充加入金屬硝酸鹽m(no3)2、co(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、ho(no3)3·6h2o和sm(no3)3·6h2o，使各離子的摩爾比m²⁺:co²⁺:sm³⁺:ho³⁺:fe³⁺=0.1:0.9:0.05:0.05:1.9，m=ni、zn或mn，再加入檸檬酸使其與金屬離子摩爾總量之比為1:1，充分?jǐn)嚢?，?0℃用氨水調(diào)節(jié)ph=6.5，升溫至80℃凝膠，直至凝膠形成后于110℃干燥形成干凝膠；

（3）將步驟（2）中得到的干凝膠中加入乙醇點(diǎn)燃，開(kāi)始自蔓延燃燒得到過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4粉末；

（4）將步驟（3）中得到的過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4粉末中加入質(zhì)量濃度為8%-10%的聚乙烯醇溶液，研磨均勻，在15mpa壓力下壓柱；

（5）將步驟（4）中壓制的樣品柱先于650℃煅燒6h冷卻，再于1200℃燒結(jié)6h即制得磁致伸縮過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4器件。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、以廢舊鋰離子電池為原料，不僅降低了環(huán)境污染而且避免了金屬資源的浪費(fèi)，降低了材料制備的成本；

2、采用溶膠凝膠自蔓延的方法制備過(guò)渡態(tài)金屬摻雜稀土鈷鐵氧體的方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)反應(yīng)進(jìn)程可嚴(yán)格控制；

3、過(guò)渡態(tài)金屬和稀土元素的共同作用，不僅有效的改善了鈷鐵氧體的機(jī)械強(qiáng)度，提高了其性能參數(shù)，而且解決了稀土合金磁致伸縮材料高成本的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的ni0.1co0.9sm0.05ho0.05fe1.9o4磁致伸縮材料的xrd圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的ni0.1co0.9sm0.05ho0.05fe1.9o4磁致伸縮材料的磁致伸縮系數(shù)圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制得的ni0.1co0.9sm0.05ho0.05fe2o4磁致伸縮材料的磁致伸縮應(yīng)變曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

（1）將拆分后的廢舊鋰離子電池正極材料溶解在含h2o2的摩爾濃度為3.5mol/l的硫酸溶液中，調(diào)節(jié)ph值使co²⁺、fe³⁺充分沉淀，過(guò)濾后的濾渣用硝酸溶解；

（2）將步驟（1）中溶解濾渣所得溶液中補(bǔ)充加入ni(no3)2·6h2o、co(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、ho(no3)3·6h2o和sm(no3)3·6h2o，使各離子的摩爾比ni²⁺:co²⁺:sm³⁺:ho³⁺:fe³⁺=0.1:0.9:0.05:0.05:1.9，再加入檸檬酸使其與金屬離子摩爾總量之比為1:1，充分?jǐn)嚢?，?0℃用氨水調(diào)節(jié)ph=6.5，升溫至80℃凝膠，直至凝膠形成后于110℃干燥形成干凝膠；

（3）將步驟（2）中得到的干凝膠中加入乙醇點(diǎn)燃，開(kāi)始自蔓延燃燒得到過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4粉末；

（4）將步驟（3）中得到的過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4粉末中加入質(zhì)量濃度為8%-10%的聚乙烯醇溶液，研磨均勻，在15mpa壓力下壓柱；

（5）將步驟（4）中壓制的樣品柱先于650℃煅燒6h冷卻，再于1200℃燒結(jié)6h即制得磁致伸縮器件ni0.1co0.9sm0.05ho0.05fe1.9o4。

實(shí)施例2

（1）將拆分后的廢舊鋰離子電池正極材料溶解在含h2o2的摩爾濃度為3.5mol/l的硫酸溶液中，調(diào)節(jié)ph值，使co²⁺、fe³⁺充分沉淀，過(guò)濾后的濾渣用硝酸溶解；

（2）將步驟（1）中溶解濾渣所得溶液中補(bǔ)充加入zn(no3)2·6h2o、co(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、ho(no3)3·6h2o和sm(no3)3·6h2o，使各離子的摩爾比zn²⁺:co²⁺:sm³⁺:ho³⁺:fe³⁺=0.1:0.9:0.05:0.05:1.9，再加入檸檬酸使其與金屬離子摩爾總量之比為1:1，充分?jǐn)嚢瑁?0℃用氨水調(diào)節(jié)ph=6.5，升溫至80℃凝膠，直至凝膠形成后于110℃干燥形成干凝膠；

（3）將步驟（2）中得到的干凝膠中加入乙醇點(diǎn)燃，開(kāi)始自蔓延燃燒得到過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4粉末；

（4）將步驟（3）中得到的過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4粉末中加入質(zhì)量濃度為8%-10%的聚乙烯醇溶液，研磨均勻，在15mpa壓力下壓柱；

（5）將步驟（4）中壓制的樣品柱先于650℃煅燒6h冷卻，再于1200℃燒結(jié)6h，最終制得磁致伸縮器件zn0.1co0.9sm0.05ho0.05fe1.9o4。

實(shí)施例3

（1）將拆分后的廢舊鋰離子電池正極材料溶解在含h2o2的摩爾濃度為3.5mol/l的硫酸溶液中，調(diào)節(jié)ph值，使co²⁺、fe³⁺充分沉淀，過(guò)濾后的濾渣用硝酸溶解；

（2）將步驟（1）中溶解濾渣所得溶液中補(bǔ)充加入質(zhì)量濃度為50%的mn(no3)2溶液、co(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、ho(no3)3·6h2o和sm(no3)3·6h2o，使各離子的摩爾比mn²⁺:co²⁺:sm³⁺:ho³⁺:fe³⁺=0.1:0.9:0.05:0.05:1.9，再加入檸檬酸使其與金屬離子摩爾總量之比為1:1，充分?jǐn)嚢?，?0℃用氨水調(diào)節(jié)ph=6.5，升溫至80℃凝膠，直至凝膠形成后于110℃干燥形成干凝膠；

（3）將步驟（2）中得到的干凝膠中加入乙醇點(diǎn)燃，開(kāi)始自蔓延燃燒得到過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4粉末；

（4）將步驟（3）中得到的過(guò)渡態(tài)金屬摻雜cosm0.05ho0.05fe1.9o4粉末中加入質(zhì)量濃度為8%-10%的聚乙烯醇溶液，研磨均勻，在15mpa壓力下壓柱；

（5）將步驟（4）壓制的樣品柱先于650℃煅燒6h冷卻，再于1200℃燒結(jié)6h，最終制得磁致伸縮器件mn0.1co0.9sm0.05ho0.05fe1.9o4。

以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。