纳米Ni球和核-壳结构Ni/NiO球的制备及磁性研究

摘要

金属磁性纳米粒子，尤其是具有核壳结构的球型粒子在某些高新技术行业中有重要应用，如超高密记忆存贮材料，纳米磁性装置，医药等。金属Ni在催化、电池电极、磁性存贮介质方面已经被广泛应用。 在最近的研究中，我们使用微波辅助羟基还原法获得了直径范围在100～180nm、5～10 nm且尺寸分布较窄的单分散Ni球。虽然以前传统的化学还原法可用来制备亚微粒金属Ni粒子，然而相应的微波辅助下的制备还未见报道，而且在这项研究中我们还报告了由Ni球合成的高度球型的Ni<,core>NiO<,shell>的核壳结构，并且研究了这种结构的磁性质。 我们使用XRD、TEM、AFM、MFM、XPS和EDAX对其进行了测量分析，并用VSM和SQUID进一步讨论了铁磁/反铁磁的界面耦合效应，同时我们也估算了磁性交换偏置耦合场与颗粒尺寸的关系。主要研究成果如下： 1、使用微波辅助羟基还原法成功制备尺寸分布较窄的单分散磁性纳米Ni粒子，形貌分析表明，获得的样品颗粒尺寸分布较窄、高度球型，晶体结构是面心立方f.c.c结构，EDAX数据表明制备过程中镍球被轻微氧化。 2、5～10nm超顺磁Ni纳米粒子中存在交换偏置现象，我们认为这与自旋玻璃态有关，Ni纳米粒子表面层原子排列失序(自旋玻璃态)导致一个类似于反铁磁层的表面结构，整个粒子就像是铁磁的核与表面的反铁磁的壳的耦合。 3、对100～180 nm单畴Ni颗粒进行表面氧化成功制各了Ni<,core>NiO<,shell>核壳结构，当前结果表明，铁磁-反铁磁耦合的Ni<,core>NiO<,shell>核壳结构诱导了一个各向异性场，但这不足以引起M-H回线的偏置，这是因为存在较大体积的FM核，这种球型粒子或许对研究磁有序结构以及对理解核壳结构的磁性粒子的交换偏置方面将会有所帮助。

目录

文摘

英文文摘

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引言

第一章 绪论

§1.1磁性纳米粒子的基本概念

§1.2磁性纳米粒子的特性

§1.3磁性纳米粒子研究的历史

§1.4国内外发展趋势

1.4.1机理与性能的研究

1.4.2制备方法的研究

1.4.3拓宽应用领域的研究

1.4.4相关实验研究报道

§1.5磁性纳米粒子的应用

§1.6关于交换偏置的研究

§1.7本文研究内容

参考文献

第二章 纳米磁性粒子的基本理论

§2.1单磁畴颗粒的临界尺寸

§2.2超顺磁性

§2.3单磁畴微粒子的磁化机制及矫顽力

参考文献

第三章 纳米磁性粒子制备与表征方法

§3.1纳米粉体的制备

3.1.1固相法

3.1.2气相法

3.1.3化学气相沉积法(CVD)

3.1.4液相法

§3.2样品的表征方法

3.2.1 X射线衍射技术(XRD)

3.2.2振动样品磁强计(VSM)

3.2.3原子力显微镜

3.2.4磁力显微镜

3.2.5透射电镜

3.2.6超导量子干涉器

参考文献

第四章 纳米Ni球的制备与磁性研究

§4.1 100～180 nm镍球的制备与磁性研究

4.1.1样品制备

4.1.2测试仪器

4.1.3样品结构

4.1.4样品的磁性

§4.2 5 nm～10 nm镍球的制备与磁性研究

4.2.1样品制备

4.2.2测试仪器

4.2.3样品结构

4.2.4样品的磁性

§4.3本章小节

参考文献

第五章核-壳结构的纳米Ni/NiO的制备与磁性研究

§5.1实验过程

5.1.1样品制备

5.1.2测试仪器

§5.2样品结构

5.2.1 X射线光电子能谱(XPS)

5.2.2晶体结构

5.2.3形貌

§5.3样品的磁性与交换偏置

§5.4结果与讨论

§5.5本章小节

参考文献

第六章结论

致谢

攻读硕士学位期间发表论文