一维Ag2Te与Mn3-xCrxO4纳米材料的制备及磁学性质

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一维纳米材料具有独特的光学、电学、磁学性质,是一种理想的能量传输材料,可以传输电子、光子等粒子,促进了其在尖端技术领域的应用。近年来,一维纳米材料的合成方法和制备技术已经有了突飞猛进的发展。其中,一维纳米材料在信息、能源、环境和军事等方面已经产生了深远的影响。随着器件的微型化,探索未来纳米电子学之间的互连是一个必然趋势。此外,一维纳米结构的形貌演变对于理解晶体的生长机制和动力学方面被认为是理想的研究对象。因此,研究可以应用在纳米领域的一维纳米材料有着十分重要的理论价值和现实意义。  过渡金属氧族化合物是氧族元素 O、S、Se、Te等与各种过渡金属形成的化合物,是一类非常重要的材料,在新型功能材料领域有着非常重要的地位。由于过渡金属氧族化合物纳米材料在磁学、电子学及光学等方面的优异性质,使其在电子纳米器件的制备、锂离子电池电极材料、光电转换、光催化以及传感器等领域有广泛的应用前景。随着人们对过渡金属氧族化合物材料的深入认识和近一步研究,将不断地推动着人们对纳米材料的开发和利用,从而推动人类社会更加快速的发展。  本文以两种典型的过渡金属氧族化合物,即以单斜晶相的碲化银(Ag2Te)与黑锰矿相的铬掺杂四氧化三锰(Mn3-xCrxO4)为研究对象,釆用水热法和化学气相沉积的方法,通过合理地设计实验的反应体系,优化实验的反应条件,制备出尺寸和形貌可控、结晶性良好的Ag2Te和Mn3-xCrxO4的一维纳米材料,研究了产物的相关磁学性能,如磁致电阻、铁磁性等,并通过金属离子掺杂的手段对材料的性能进行改善。本论文的主要研究内容包括以下两个主要方面:  第一,首先选择碲化银(Ag2Te)为主要研究对象,利用简单的水热法,通过对反应时间以及所选择的表面活性剂的种类等的探讨,从而来调节样品的形貌结构以及尺寸大小。通过水热还原亚碲酸钠(Na2TeO3)的混合溶液的方法,制备出了具有形貌和尺寸可控的一维单晶Ag2Te纳米材料。其中,一维Ag2Te纳米结构的形貌演变主要是通过适当地控制不同反应时间,来调节成核和生长过程实现的。在透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行研究和分析的基础上,系统研究了Ag2Te的生长过程,并对这些产物的生长机理进行了合理的解释。此外,我们还研究了Ag2Te纳米线的磁致电阻行为。研究发现,相比于块体和薄膜材料,由于样品尺寸的减小,纳米线的R(T)发生了一个较大的变化,对外界磁场反应更加灵敏,这表明该样品的尺寸对磁致电阻有一定的影响。同时,文中还探讨了观察到的巨磁电阻现象形成的原因。  2.采用化学气相沉积的方法,成功合成了Cr掺杂Mn3O4纳米线。通过调节反应原料的比例,制备了具有不同掺杂浓度的Mn3-xCrxO4纳米线(10%,15%,20%),并对纳米线进行了详细的研究与分析。在此基础上,我们测试了具有不同掺杂浓度的Mn3-xCrxO4纳米线的磁性。实验结果表明,掺杂剂Cr是以Cr3+离子的形式替代了Mn3O4的Mn3+,同时掺杂也使样品中的氧缺陷增加,从而导致了有效磁矩的增加。室温磁滞回线测试表明样品实现了从顺磁性向铁磁性的变化。基于以上的研究结果,我们提出了以掺杂的Cr3+和氧缺陷协同作用产生的束缚磁极化子模型(BMPs)来解释Mn3-xCrxO4纳米线铁磁性显著提高的现象。
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