【摘 要】
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最近几十年里,具有交换偏置性质的核壳磁性纳米体系由于其在数据存储、生物医药和电子器件等方面有着可观的应用,而受到科研工作者的广泛关注。本文通过制备合成了γ-Fe_2O_3/NiO和Ni/NiO两种核壳磁性纳米体系,具体研究了形貌结构对其交换偏置以及测试条件对相关磁性能的影响,得出的主要研究结果如下:通过结合了煅烧工艺的两步溶剂热法,合成了具有可控微观结构的γ-Fe_2O_3/NiO核壳纳米结构。讨
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最近几十年里,具有交换偏置性质的核壳磁性纳米体系由于其在数据存储、生物医药和电子器件等方面有着可观的应用,而受到科研工作者的广泛关注。本文通过制备合成了γ-Fe2O3/NiO和Ni/NiO两种核壳磁性纳米体系,具体研究了形貌结构对其交换偏置以及测试条件对相关磁性能的影响,得出的主要研究结果如下:通过结合了煅烧工艺的两步溶剂热法,合成了具有可控微观结构的γ-Fe2O3/NiO核壳纳米结构。讨论了该复合体系的形成机理,详细分析了界面微观结构对磁性能的影响。微观结构表征表明,NiO壳由许多不规则纳米片构成,具有无序取向和单晶结构,这些NiO纳米片被包裹在磁赤铁矿微球表面。随着煅烧温度从300℃升高到400℃,NiO纳米片的晶粒尺寸和含量增加,并且NiO壳的致密性增强。保持最终的煅烧温度为300℃不变,随着前驱体浓度降低(即NiO含量增加),NiO壳的厚度显著增加,同时NiO的晶粒尺寸增大。磁性研究表明,它们的磁性由四个因素决定:尺寸效应,NiO相含量,界面微观结构(即接触模式,面积,粗糙度和致密度)和FM-AFM(FM和AFM分别表示铁磁γ-Fe2O3和反铁磁NiO成分)耦合效应。在5K时,γ-Fe2O3/NiO核壳纳米结构显示出一定的交换偏置场(HE=60Oe)和增强的矫顽力(HC=213Oe)。交换偏置场的数值较小,主要是因为NiO壳由不规则的纳米片组成,具有无序取向并且没有在氧化铁核心周围形成完整的涂层包裹。同时利用结合了煅烧工艺的回流方法,合成了平均尺寸小于10nm且Ni含量约为1.3%的Ni/NiO复合纳米颗粒。Ni/NiO界面的微观结构和不同相的状态都对其磁性能有显著影响。通过在磁滞回线测量期间调整测试温度和冷却磁场的大小,发现诸如矫顽力HC和交换偏置场HE等几个典型参数的变化规则本质上是复杂的。在5K时观察到大的交换偏置场(HE=482Oe)和增强的矫顽力(HC=1335Oe),这主要是由于Ni和NiO组分之间的强耦合相互作用。对于本论文中Ni/NiO复合纳米颗粒,复合磁性行为主要归因于(i)Ni纳米颗粒的铁磁贡献,(ii)NiO体积相的固有反铁磁作用,和(iii)部分NiO颗粒表面的冷冻无序状态下相应自旋玻璃特征。这三种磁性结构的综合效应促进了强耦合Ni/NiO颗粒系统的产生,从而改善了磁性能。
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