过渡族金属及合金片状纳米颗粒的微结构与磁性研究

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该工作采用简单的液相还原法,通过氢氧根离子在颗粒密排晶面的择优吸附来阻止密排晶面的生长,使得颗粒密排面的生长速率小于其它晶面的生长速率,成功制备了片状Co、Ni、Fe<,x>Ni<,1-x>(x=0.1~0.6)、Fe<,x>Co<,1-x>(x=0.1~0.6)和Co<,x>Ni<,1-x>(x=0.1~0.9)合金纳米颗粒,研究了它们的微结构与磁性,讨论了结构与性能之间的关系.另外,使用数值微磁学的方法初步研究了片状及棒状纳米颗粒的高频磁谱.所制备的3d过渡族金属及合金纳米颗粒均为片状,纳米片的直径和厚度随成分的不同而不同,颗粒表面存在很薄的一层氧化物,同块体材料相比,纳米片的晶格发生膨胀.钴纳米片粉体为密堆六方(HCP)和面心立方(FCC)两相共存结构,钴纳米片的法线方向为HCP结构的[002]方向和FCC结构的[111]方向.通过控制反应条件可以调节两相的相对含量,制备了形貌基本相同的系列钴纳米片粉体,其中HCP相的相对含量在51%到83%之间.X射线光电子能谱(XPS)测量表明,钴纳米片的表面存在一层Co<,3>O<,4>的氧化层.镍纳米片的平均直径为100 nm,平均厚度为10 nm,其晶体结构为FCC结构,片的法线方向为[111]方向.镍纳米片的表面存在Ni<,2>O<,3>的氧化层.镍纳米片的点阵常数比粗晶镍的值大约0.26%.铁镍合金(Fe<,x>Ni<,1-x>)纳米片的平均直径为50 nm,平均厚度小于10 nm,平均厚度随铁含量的提高而减小.铁含量x从0.1到0.6的铁镍合金纳米片的晶体结构均为FCC结构,合金纳米片的法线方向为[111]方向.铁镍合金纳米片的表面存在一层很薄的氧化层.同粗晶铁镍合金相比,铁镍合金纳米片的点阵常数变大,并且点阵常数增大的幅度随铁含量的提高而增加.铁钴合金纳米片的平均直径约为70 nm,平均厚度在20~30 nm,并随铁含量的增加而增大.Fe<,0.1>Co<,0.9>合金纳米片为HCP和FCC两相共存,当铁含量x大于等于0.2时,合金的晶体结构为单相的体心立方(BCC)结构,纳米片的法线方向与密排晶面垂直.铁钴合金纳米片的表面被氧化,金属原子被氧化成相应的二价离子和三价离子.铁钴合金纳米片点阵常数均大于相同成分粗晶铁钴合金的点阵常数.钴镍合金纳米片的平均直径约100 nm,为圆形片状或六边形片状.钴镍合金(Co<,x>Ni<,1-x>)纳米片的相组成和晶体结构随成分的不同而不同,当钴含量x低于0.3时,合金为单相FCC结构,当钴含量x大于等于0.3时,合金为FCC和HCP两相共存,钴镍合金纳米片的法线沿密排面的法向方向.纳米颗粒的高频磁谱与颗粒的形貌和颗粒间的相互作用密切相关.单个直径为1500 nm、厚度为30 nm的钴纳米片沿面内方向的高频磁化率谱由多个共振峰组成,磁化率在很宽的频率范围可以达到几千的量级.对四个镍纳米棒组成的纳米棒阵列垂直于纳米棒长度方向的高频磁谱进行了计算,结果表明在100 MHz~20 GHz频率范围,纳米棒阵列的磁谱由两个共振峰组成.随纳米棒间距的增加,峰位向高频方向移动,峰的强度降低.该论文制备了片状3d过渡族金属及合金纳米颗粒,研究了不同成分纳米片的微结构及其磁性,并分析了成分和微结构对磁性的影响,使用数值微磁学方法对片状、棒状形貌纳米颗粒的高频磁谱进行了初步研究.
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