聚苯胺及其纳米复合材料巨磁阻性能研究
巨磁阻现象通过增加硬盘驱动器的记录密度,变革了磁存储行业,现已被广泛应用于磁场传感器,生物传感器,计算机硬盘驱动器以及磁性随机存取存储器等领域。相较于传统的金属基复合材料,有机材料具有重量轻,易于加工,成本低廉,以及良好的化学稳定性和生物相容性等特点,近年来,在巨磁阻应用中已经获得了广泛的关注。然而,由于巨磁阻效应的温度依赖特性,有机材料很难在室温下获得较高的巨磁阻值。<br>  为获得室温下具有高巨磁阻值的有机材料,并研究导电高分子体系中巨磁阻现象的机理,本研究采用表面引发聚合的方法合成了导电高分子聚苯胺和磁性纳米四...
巨磁阻现象通过增加硬盘驱动器的记录密度,变革了磁存储行业,现已被广泛应用于磁场传感器,生物传感器,计算机硬盘驱动器以及磁性随机存取存储器等领域。相较于传统的金属基复合材料,有机材料具有重量轻,易于加工,成本低廉,以及良好的化学稳定性和生物相容性等特点,近年来,在巨磁阻应用中已经获得了广泛的关注。然而,由于巨磁阻效应的温度依赖特性,有机材料很难在室温下获得较高的巨磁阻值。
  为获得室温下具有高巨磁阻值的有机材料,并研究导电高分子体系中巨磁阻现象的机理,本研究采用表面引发聚合的方法合成了导电高分子聚苯胺和磁性纳米四氧化三铁、非磁性纳米二氧化硅、纳米硅和多壁碳纳米管复合材料,采用傅里叶红外光谱、X射线衍射、热失重分析、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描隧道显微镜和透射电镜对合成的聚苯胺纳米复合材料进行了表征,并重点研究了合成的聚苯胺纳米复合材料的巨磁阻性质。
  研究发现,本实验合成的聚苯胺复合材料在室温条件下具有很大的巨磁阻值。不仅在磁性四氧化三铁-聚苯胺纳米复合材料中得到了这一独特的现象,还首次在非磁性的二氧化硅-聚苯胺、硅-聚苯胺、以及多壁碳纳米管-聚苯胺纳米复合材料中发现了这一现象。四氧化三铁负载量为30wt%的四氧化三铁-聚苯胺纳米复合材料具有高达95.0%的巨磁阻值;二氧化硅质负载量为20.0wt%的二氧化硅-聚苯胺纳米复合材料中获得高达95.5%的巨磁阻值;硅负载量为20.0wt%的硅-聚苯胺纳米复合材料得到40.0%的巨磁阻值;硅负载量为10.0wt%的硅-聚苯胺纳米复合材料的巨磁阻值在5.5T磁场附近发生了从正值到负值的转变过程;六价铬离子作为氧化剂合成的多壁碳纳米管-聚苯胺纳米复合材料具有负磁阻值,而过硫酸铵作为氧化剂合成的多壁碳纳米管-聚苯胺纳米复合材料中获得了正磁阻值。
  研究巨磁阻的机制有助于设计新型有机自旋电子器件,并且有利于未来发展巨磁阻新的应用方向。本研究采用莫特可变范围跃迁法则探讨了载流子在合成的聚苯胺纳米复合材料中的传输机制。在确定了合成的聚苯胺纳米复合材料遵循准3-维可变范围跃迁机制后,采用波函数坍缩模型对得到的正巨磁阻效应进行了理论分析。结果表明,在正巨磁阻效应中,定域长度a0和费米能级态密度N(EF)发生了变化,平均跃迁长度Rhop降低。并采用正向干涉模型对多壁碳纳米管-聚苯胺纳米复合材料中负磁阻效应进行了理论分析。
  与此同时,本研究还结合了波函数坍缩模型和正向干涉模型对硅的负载量为10.0wt%的硅-聚苯胺纳米复合材料中发现的磁阻值在5.5T磁场附近从正值到负值的转变现象进行了理论分析。分析结果表明:波函数坍缩效应和正向干涉效应都对正巨磁阻产生了影响,但是只有正向干涉效应对负巨磁阻产生了影响。并采用a0,N(EF)和Rhop的变化对正巨磁阻进行了分析,而负巨磁阻效应与量子干涉效应有关。
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作者: 谷红波
学科专业: 化学工程与技术
授予学位: 博士
学位授予单位: 哈尔滨工业大学
导师姓名: 黄玉东
学位年度: 2013
语 种: chi
分类号: TB383 O633.21
在线出版日期: 2015年8月17日