几种磁性纳米材料的制备与性能研究

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	几种磁性纳米材料的制备与性能研究
	王晓磊
学位类型	博士
导师	张志东
	2011
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料物理与化学
关键词	纳米结构颗粒尺寸空心结构饱和磁化强度光学性能 Nanostructure Particle Size Hollow Structure Saturation Magnetization Optical Properties
摘要	"磁性纳米材料是近年来材料科学领域的研究热点。随着颗粒尺寸的减小，材料可以体现出不同于相应块体材料的磁、光和电学性能。磁性纳米材料的性能与样品的颗粒尺寸、形貌、单分散性和制备方法有关。本文采用不同的化学方法制备了几种不同体系和形貌的磁性材料，如：纳米颗粒、空心微球体、功能化的纳米空球。主要研究结果如下： (1) 通过柠檬酸络合的溶胶-凝胶方法制备了铁磁性的LaMnO3+delta纳米颗粒，研究了烧结温度对其磁性能和输运性能的影响。最低的成相温度在700oC，平均的晶粒尺寸随着烧结温度的升高而增大。磁性测量表明，由于Mn4+离子含量随着烧结温度的升高而逐渐降低，导致了LaMnO3+delta化合物呈现铁磁性和反铁磁性共存和零场电阻的增加。加外磁场后，电子自旋散射受到抑制，样品的电阻降低。 (2) 利用柠檬酸络合的溶胶-凝胶方法合成了多铁GdMnO3纳米颗粒，并研究了其磁性和光学性能。平均颗粒尺寸为52nm。磁性研究表明GdMnO3纳米颗粒复杂的磁相变来源于Mn3+的自旋波有序、Gd3+的磁有序及二者之间的相互作用。光学性能研究表明GdMnO3纳米颗粒在波长200-700 nm之间有四个吸收峰，这是由于Mn(3d)电子的跃迁和在O(2p)与Mn(3d)能量态之间的电荷转移跃迁。我们相应地观察到了多重的紫外发射和蓝光发射，源于自旋允许的电荷转移跃迁。 (3) 利用简便的溶剂热方法一步合成单晶磁铁矿空心微球。研究了反应温度、反应时间和四氮六甲圜(HMT, hexamethylenetetramine) 的用量对样品的物相和形貌的影响。实验结果表明HMT是决定磁铁矿空心结构的关键因素。当反应体系没有添加HMT时，没有产物析出。随着添加量增大到2mmol，样品为单分散的单晶磁铁矿空球结构。继续增加HMT的用量至10mmol，样品形貌从空心微球转变为实心微球结构。在室温条件下，磁铁矿空心微球展现了较高的饱和磁化强度 85.6 emu/g，剩余磁化强度 13.6 emu/g和矫顽力 73.1 Oe. 由于其独特的空心结构和较好的磁性能，磁铁矿空心微球在先进磁性材料、磁记录、药物定向传递和磁共振成像等生物医学领域有着广泛的应用。 (4) 无机纳米空心球复合材料是纳米领域的研究热点。通过将电性、光性和磁性的纳米颗粒合并到空心纳米球中，可以制得不同性能的功能化的纳米空心球。我们利用简单的自发形成的有机/无机杂化核，合成了具有荧光性和顺磁性的颗粒尺寸在20-36nm的多功能的SiO2纳米空心球。通过共价键结合的铕离子和交联的杂化核有利于在SiO2纳米空心球内壁原位生成均匀的Eu2O3纳米晶。SiO2空球体可以作为纳米反应器，用以制备那些在高温高压下成相的超细金属氧化物纳米颗粒。溴乙酸的羧酸基团不仅可以结合铕离子，还可以与许多其它的金属离子结合，因此，我们希望这个合成方法可以扩展到制备以SiO2为基底材料的具有不同光学、磁性、电性的多功能复合物空心纳米球。 (5) 利用气体雾化和机械球磨方法合成不同尺寸的MnAl永磁合金粉末。首先，我们采用气体雾化和随后热处理的方法制备了铁磁性的MnAl合金粉末。样品的磁性能Mr和Hc与其最初的气体雾化颗粒尺寸密切相关，即较小颗粒尺寸的样品呈现出较好磁性能，这主要是因为在随后的相同的退火工艺后，较小颗粒尺寸的样品具有较高的铁磁性τ相体积分数。在650oC真空退火20min，颗粒尺寸为25-38mm的样品具有Mr = 39emu/g，Hc = 3.0kOe。随后，气体雾化制备的粉末进一步被机械球磨和退火处理。我们采用了先退火后球磨(P1)和先球磨后退火(P2)的两种工艺。对于这两种工序，随着球磨时间的延长，Hc增加，Mr降低。但是，取决于球磨和热处理的先后顺序，样品具有不同的τ相体积分数和磁性能，即P1工艺的样品没有发生τ相的分解，P2工艺的样品存在τ相的分解。对应于相同的球磨时间，P1工艺制备的样品具有的Mr高于P2工艺制备样品的Mr；Hc的情况正好相反，前者具有的低Hc。对P1工艺制备的样品进行低温处理，释放应力，促使了Hc略微的降低和Mr显著增加。获得的磁性能为Mr = 41.2emu/g，Hc = 3.1kOe，(BH)max = 1.59MGOe。"
其他摘要	Magnetic nanomaterials have been widely investigated in recent years due to their potential applications in high density magnetic recording media, sensors, electronic devices, photonic crystals, catalysis and biomedicine. The properties of nanomaterials are highly dependent on the particle size, morphology, monodispersity and synthesis methods. Here, different kinds of nanostructured magnetic materials, such as, nanoparticles, hollow microspheres, functional hollow nanospheres, were prepared by different chemical synthesis routes. The main results are lised as follows:
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64303
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	王晓磊. 几种磁性纳米材料的制备与性能研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2011.