| 题名 | 稀土与过渡金属纳米胶囊的结构与磁性研究 |
| 作者 | 马嵩 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-03-29 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 张志东 |
| 关键词 | 纳米胶囊 壳/核结构 饱和磁化强度 矫顽力 超顺磁性 冻结温度 磁热效应 磁熵变 |
| 其他题名 | The structures and magnetic properties of rare-earth and transition metals nanocapsules |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 本文采用等离子电弧法，通过改变阳极合金的组成和成分、反应气体组成和比例以及控制电弧电流等手段，制备了多种具有不同外壳和内核的纳米胶囊,以及由GdAl2纳米胶囊自组装生长的珊瑚状三维宏观聚集体。利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)电子能量损失谱(EELS)等测试技术，系统研究了各种纳米胶囊的相组成、颗粒形貌、尺寸分布、微观组织结构及其元素的价态以及聚集体的结构特征。利用超导量子干涉仪（SQUID）研究了所制备的纳米胶囊的磁性和磁热效应并初步探讨了纳米胶囊中在低温下具有高磁熵变的物理机制。 在Ar和H2混合气氛中，制备了具有壳/核结构的Co(Cr)和Cr(Co)固溶体纳米胶囊。Co(Cr)纳米胶囊具有不规则的球形，而Cr(Co)纳米胶囊的形貌为不规则多边形。Cr(Co)纳米胶囊的磁化强度，随其中Co含量的增加而增加。其磁化强度来自于bcc Cr晶格中未被补偿的Cr原子的磁矩和Co原子磁矩以及小的Co颗粒的磁矩。Co(Cr)和Cr(Co)纳米胶囊在冻结温度以下显示的磁滞特征起源于低温下各向异性的能垒对颗粒磁矩的转动的阻碍占主导作用。 通过蒸发Gd80Al20合金，并增加电弧电流和反应H2气压，制备了具有单相GdAl2为内核的GdAl2纳米胶囊。同时，也制备了由GdAl2纳米胶囊自组装生长的珊瑚状三维宏观聚集体。所制备的宏观聚集体由纳米胶囊、絮状结构、小团簇、大团簇和大的分枝在不同的尺度上逐级构成，说明了聚集体的结构具有自相似特征。GdAl2纳米胶囊具有壳/核结构，以晶态GdAl2为内核，非晶态Al2O3为外壳。在5 T的磁场变化下，GdAl2纳米胶囊的磁熵变绝对值随温度的降低而快速增加，在7.5 K时可达到14.5 J/kg K。 进一步，在Ar和H2气氛下，蒸发GdxAl100-x (x=50, 60, 70, 80和90)合金，我们成功地合成了金属间化合物GdAl2/Al2O3纳米胶囊。不同纳米胶囊内核的相组成受控于进入腔体中的Gd和Al原子比例，而进入腔体中Gd和Al原子数量又决定于初始阳极合金中各金属单质的初始含量和其沸点的高低。GdAl2/Al2O3纳米胶囊的形貌为不规则的球形，且具有典型的壳核结构，外壳为非晶Al2O3，内核为晶态GdAl2。在5到300K这个温度区间，GdAl2/Al2O3纳米胶囊分别处于冻结态、超顺磁态和顺磁态。GdAl2/Al2O3纳米胶囊的居里温度低于块体GdAl2的居里温度，且随GdAl2 晶格中替代Al原子的增加而降低。从180 K到5 K，GdAl2/Al2O3纳米胶囊的磁熵变随温度降低而连续地增加。当纳米胶囊进入冻结态时，磁熵变会迅速增加，在7.5 K和7 T的磁场变化下，由GdxAl100-x (x=70, 80,90)制备的GdAl2/Al2O3纳米胶囊的磁熵变可达 19.5、19.1和32.5 Jkg-1K-1。在冻结态时，GdAl2/Al2O3纳米胶囊出现大的磁熵变的物理机制是：高磁化强度及小的磁晶各向异性能垒导致的大 的出现。同时，发现处于冻结态的GdAl2/Al2O3纳米胶囊，其磁熵变-S与1/T呈较好的线性关系，且各向异性能垒的大小影响着直线斜率的大小。 通过等离子电弧法，在Ar和CH4气氛中蒸发Fe80B20 合金，成功制备了以 -Fe 和 Fe3B为内核，以石墨为外壳的FeB(C)纳米胶囊。石墨外壳显示了强烈的抗酸性腐蚀性。FeB(C)纳米胶囊的冻结温度为300K，其室温下的饱和磁化强度为80 Am2/kg，要远大于Fe (B)的57 Am2/kg，这归因于所制备样品中非磁性相的减少、软磁相Fe3B的存在以及非磁外壳的形成和几个内核共有一个晶态的C外壳的新型纳米胶囊的出现。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 131 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16929]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马嵩. 稀土与过渡金属纳米胶囊的结构与磁性研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
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