水热法制备稀土锰氧化物纳米材料及磁性能研究

发布时间：2020-06-08 12:59

【摘要】：多铁性材料不仅仅具有铁电性和铁磁性,还具有磁电耦合效应,这种磁电耦合效应为开发新型的微电子器件提供了研究导向,尤其是在信息存储器件领域,一直吸引着科学家的高度关注。RMn2O5型稀土锰氧化物属于单相多铁性材料,Mn3+、Mn4+和稀土离子的磁矩之间的相互作用,使得其表现出复杂的磁行为。目前在制备RMn2O5型化合物的研究中,仍需深入研究如何实现材料纳米化以及尺寸和形貌的调控。水热法具有工艺简单、可控合成、分散性好等特点,逐渐被广泛应用到无机粉体材料的制备中,以水热法为基础,改变诸多反应参数可以制备得到理想的纳米粉体材料。本文采用简单的水热法,并通过向反应前驱液中加入有机添加剂如螯合剂、表面活性剂来辅助水热反应,制备得到了RMn2O5(R=Yb,Tb,Tm,Sm)纳米材料,并通过改变反应参数来调控产物的形貌和尺寸,利用XRD、SEM、TEM、IR、Raman、SQUID测试手段来表征产物,研究和分析了产物的形貌尺寸和磁性能。(1)采用CTAB辅助水热法制备得到了不同尺寸的Yb Mn2O5纳米棒,CTAB加入量的增加导致纳米棒的长度减小。EDTA螯合剂辅助水热法合成出了海胆状Yb Mn2O5微球,EDTA促使纳米颗粒的形成并发生自我团聚,以及在团聚体表面的定向附着生长,最后熟化成海胆状Yb Mn2O5微球。Yb Mn2O5在低温下是弱铁磁性,是由表面非补偿自旋磁矩引起的。对于海胆状样品在温度为8 K处FC和ZFC曲线的分离归因于Yb3+的磁有序。随着纳米棒尺寸的增加,与Mn离子磁矩有关的FC和ZFC曲线的分离温度点逐渐降低,HEB和HC先增加再减小。(2)表面活性剂辅助水热法合成了结晶度良好的Tb Mn2O5,在一定量的加入量条件下不同表面活性剂辅助水热法实验表明都不会导致杂相的生成。阿拉伯树胶辅助水热反应,表明其加入量对产物尺寸的调控作用比p H的调控作用明显。Tb Mn2O5的磁性能测试表明奈尔温度为40 K,表面非补偿的自旋磁矩导致其低温时表现弱铁磁性。在6.5 K和5 K处FC和ZFC曲线的分离都跟Tb3+的磁有序有关,并且分离温度点随着纳米棒尺寸减小而降低。矫顽力随着纳米棒尺寸的减小而减小。(3)通过简单水热法和阿拉伯树胶辅助水热法制备了RMn2O5(R=Sm、Tm)纳米粉体材料。发现阿拉伯树胶有利于稀土锰氧化物纳米棒的生长,并且促使Sm Mn2O5复杂形貌的形成;PEG-4000辅助水热法生成尺寸较小的Sm Mn2O5纳米棒;添加剂对于不同元素的稀土锰氧化物对产物的形貌和尺寸的调控也有所差别。Sm Mn2O5磁性能测试表明在低温下呈现出弱铁磁性,在4 K时Sm3+自旋磁矩开始有序排列。
【图文】：

相互作用,材料,铁弹性,功能多样化

第一章绪论多样化的现代生产生活中，电子器件正朝着微型化、功能多样化已经成为人们关注的热点，其中的一类典型代表是多铁性材料[是瑞士科学家 Schmid[3]明确提出的，多铁性材料中同时存在基本两种以上，这些铁性体特征包括铁电性、铁磁性和铁弹性。对多的作用时，具有可重排的自发磁化；有外加电场作用时，具有能加应力作用下，具有可重排的自发形变，并且不同的铁性之间还 1-1 形象地表示了多铁性材料中各铁序的相互作用[4]，P、M 和 ε铁弹三种基本铁序，在外电场 E、外磁场 H 和外力场 ε 中相应的，交叉调控代表着铁序间的相互作用即多铁性的耦合作用；图 1的其他（铁）序，例如手性序、轨道序、涡旋序等。

磁化曲线,磁性物质,磁化曲线

图 1-2 五类磁性物质的磁化曲线[9]Fig.1-2 Magnetization curves of five kinds of magnetic materials[9]性属于弱磁性。对于顺磁性物质而言，不论是否有外磁场的作用排列的电子磁矩，但是它们之间的交换作用比较弱。顺磁性物子磁矩是无序化的观察不到磁性，主要是因为原子无规则的序排列。施加外加磁场时，原子磁矩开始按照外磁场取向有序干扰磁矩的定向排列有序化，从而宏观表现出极弱的磁性。顺数值很小，随着温度的升高不断地减小，并且二者之间存在着用居里-外斯定律（Curie-Weiss）来表示磁化率和温度的关系，，χ = C/(T-Tp) 的 C 代表居里常数，T 表示绝对温度，Tp为临界温度（顺磁元素、铝箔等金属这类电子层未被填满的原子或离子，还有电
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O614.711

【参考文献】