鈥、鉺、銩納米晶塊體結(jié)構(gòu)、磁性及電輸運特性研究.pdf

1、重稀土鈥、鉺、銩是一組具有豐富磁結(jié)構(gòu)的強磁性金屬元素。關(guān)于它們的單晶體和多晶體(粗晶態(tài))的物理性能,特別是磁性能、電輸運性質(zhì)以及熱學(xué)性質(zhì)等已經(jīng)建立了較為系統(tǒng)的研究結(jié)果。但是至今為止,由于制備技術(shù)上的限制以及材料本身具有較強的物理化學(xué)活性,人們在制備具有納米結(jié)構(gòu)的鈥、鉺、銩金屬材料方面遇到了挑戰(zhàn),而對于這組稀土元素在結(jié)構(gòu)納米化后物理性能的變化更是鮮見報導(dǎo)。本論文的研究工作正是在這種背景下,基于上述令人關(guān)注的科學(xué)問題而展開的。
　　

2、 據(jù)此,本研究首先利用惰性氣體保護蒸發(fā)冷凝技術(shù)制備出鈥、鉺、銩金屬納米顆粒;之后利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)(Spark Plasma Sintering,簡稱SPS技術(shù))在低溫、高壓、快速的燒結(jié)條件下將上述納米顆粒制備成接近材料理論密度的納米晶塊體材料;最后,通過系統(tǒng)的退火工藝,制備出平均晶粒尺寸在10-100納米范圍內(nèi)精確可調(diào)的全致密鈥、鉺、銩納米晶塊體材料。我們將上述納米晶材料制備成適當(dāng)?shù)臉悠?并以原始的粗晶材料作為對比樣品,利用XRD

3、分析樣品的晶體結(jié)構(gòu),并計算塊體材料的平均晶粒尺寸。采用透射電子顯微鏡(TEM)觀察樣品的顯微組織和晶體結(jié)構(gòu)。采用物理性質(zhì)測量系統(tǒng)(PPMS)測試樣品的磁性能和電輸運性質(zhì)。此外,利用阿基米德方法對燒結(jié)樣品的密度進行測試,結(jié)果表明,所制備納米晶樣品密度均達到了該元素理論密度的99％以上,基本實現(xiàn)了致密化。
　　 研究發(fā)現(xiàn),在10-100納米的范圍內(nèi),鈥、鉺、銩金屬晶粒尺寸的納米化沒有對其晶體結(jié)構(gòu)造成影響。XRD晶體結(jié)構(gòu)測試發(fā)現(xiàn)鈥、鉺

4、、銩三種材料納米化以后均保持了粗晶狀態(tài)時的密排六方結(jié)構(gòu)。但是晶粒尺寸的減小對其物理性能造成了顯著的影響。三種金屬的物理性能隨其晶粒尺寸的變化表現(xiàn)出如下變化規(guī)律:第一,隨著晶粒度的變小,材料發(fā)生順磁—反鐵磁奈爾轉(zhuǎn)變和反鐵磁—鐵磁居里轉(zhuǎn)變的溫度有所下降:第二,材料的磁化強度隨著其晶粒度的減小而顯著降低,但矯頑力則增高;第三,材料的電阻率隨著晶粒度的下降而顯著升高。分析發(fā)現(xiàn),造成三種元素的物理性能發(fā)生上述顯著變化的主要原因是隨著晶粒度的減小,