尖晶石结构铬基硫族化物磁性纳米材料的合成与磁性研究
近年来,有关磁性纳米材料的科学研究发展十分迅猛,这是因为当磁性材料被制备为纳米尺寸时,与块体材料相比会出现许多独特的性质,如超顺磁性、巨磁阻效应、高饱和磁化强度等。这些性质使得磁性纳米材料在记录介质、磁光器件、磁热器件、生物医药造影、电子自旋器件等许多不同的领域中都有着广阔的应用前景。如今,已经有大量的磁性纳米材料被成功地制备并在不断地被深入研究,但目前为止大部分的研究热点都集中于过渡金属、合金、以及氧化物材料,其它如含稀土元素、硫族元素等种类繁多的纳米磁性材料的合成和性质仍然有很大的研究空间。其中特别引入注意的是...
近年来,有关磁性纳米材料的科学研究发展十分迅猛,这是因为当磁性材料被制备为纳米尺寸时,与块体材料相比会出现许多独特的性质,如超顺磁性、巨磁阻效应、高饱和磁化强度等。这些性质使得磁性纳米材料在记录介质、磁光器件、磁热器件、生物医药造影、电子自旋器件等许多不同的领域中都有着广阔的应用前景。如今,已经有大量的磁性纳米材料被成功地制备并在不断地被深入研究,但目前为止大部分的研究热点都集中于过渡金属、合金、以及氧化物材料,其它如含稀土元素、硫族元素等种类繁多的纳米磁性材料的合成和性质仍然有很大的研究空间。其中特别引入注意的是尖晶石结构铬基硫族化物磁性材料,其分子式可以概括为ACr2X4(A=Cu,Cd,Hg,Fe,Co; X=S,Se,Te),这类材料根据组成不同可以表现金属性、半导体性、绝缘性。在尖晶石结构铬基硫族化合物中,Cr3+离子处于半填满t2g基态并被X离子以正八面体包围,这使得体系中不存在自由电荷及电子轨道自由度。因此,Cr3+离子间的交互作用和超交互作用使得尖晶石结构铬基硫族化物具有各种各样不同的磁性质。在尖晶石结构铬基硫族化物磁性材料中,最具代表性的是CuCr2S4、CuCr2Se4及CdCr2S4。CuCr2S(Se)4居里温度处于室温范围,并且为本征金属性,在室温下具有明显的磁光科尔效应;CdCr2S4为铁磁性半导体,具有巨电致电阻效应、弛豫铁电性与巨磁致电阻耦合、低温高磁熵变、巨磁电容性。
  本论文使用热分解法和高温溶剂热法制备CuCr2S4、 CuCr2Se4和CdCr2S4纳米晶体。通过调节反应前驱体、反应溶剂、反应温度、反应时间等因素探索纯尖晶石相CuCr2S4、 CuCr2Se4和CdCr2S4纳米晶体的合成条件,并对所合成的磁性纳米晶体相结构、形貌、尺寸、磁性能进行了表征与分析。我们以金属油酸盐为前驱体,油胺为溶剂,反应温度340℃通过热分解法制备出纯相CuCr2Se4纳米磁性晶体。所合成的CuCr2Se4纳米磁性晶体为具有良好的单分散性的立方颗粒,平均尺寸为50 nm,室温下具有超顺磁性,阻滞温度为350 K(H=50 Oe),5K时饱和磁化强度为23 emu/g。我们以金属氯化物为前驱体,十八胺为溶剂,反应温度350℃通过热分解法制备出纯相CuCr2S4纳米磁性晶体。所合成的CuCr2S4纳米磁性晶体为具有良好的单分散性的球形颗粒,平均尺寸为30nm,室温下具有超顺磁性,阻滞温度为340 K(H=50 Oe)。5K时饱和磁化强度为14 emu/g。此外,我们还提出了一种新型的合成方法,通过高温溶剂热方法合成具有高晶格能的三元磁性纳米材料。我们首次合成出CdCr2S4磁性纳米晶体,合成的CdCr2S4磁性纳米晶体居里温度为78 K,并且在居里温度点附近有明显的磁熵变现象,在0至5T场强测试中,磁熵变最大值为-ΔSM=0.86 J/Kg·K,磁熵变温度范围的半高全宽值达到88K。
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作者: 庞超
学科专业: 化学工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 南京工业大学
导师姓名: 沈丽明
学位年度: 2015
语 种: chi
分类号: TB383