低維分子磁體納米材料的制備及研究.pdf

1、近年來，在納米科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，低維材料無論是在基礎(chǔ)研究方面還是在潛在的應(yīng)用方面，都吸引了眾多的科學(xué)工作者的注意。 在分子磁體領(lǐng)域中，普魯士藍(lán)類配合物分子磁體(A<,k>[B(CN)<,6>]ι·nH<,2>O)由于其高度對(duì)稱的面心立方結(jié)構(gòu)和A、B位陽離子之間的鐵磁、反鐵磁交換作用類型和交換作用強(qiáng)度可通過改變A、B位陽離子的氧化態(tài)和自旋態(tài)來調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)，在分子磁體領(lǐng)域吸引了廣大研究者的興趣。為了在納米尺度范圍內(nèi)研究普魯士藍(lán)

2、類配合物的性質(zhì)，本文中我們利用三氧化二鋁模板法制備了鐵鉻氰化物分子磁體納米線陣列，并對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。為了在更低的維度下對(duì)材料進(jìn)行研究，我們利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為穩(wěn)定劑合成了鎳鐵氰化物、鐵鉻氰化物和鎳鉻氰化物分子磁體納米顆粒，并對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)和磁性進(jìn)行了研究。主要結(jié)果如下： 1、對(duì)于我們以前的工作研究的普魯士藍(lán)納米線，F(xiàn)e<'2+>為低自旋，(S=O)，磁相互作用只能是次鄰近的兩個(gè)Fe<'3+>的反鐵

3、磁貢獻(xiàn)J(AF)。由于兩個(gè)Fe<'3+>離子間的距離超過10 A，相互作用很弱，所以普魯士藍(lán)納米線的磁有序溫度很低(T<,c><5 K)，為了提高居里溫度，我們用Cr<'3+>替換B位的Fe<'2+>，利用基于氧化鋁模板的電化學(xué)沉積技術(shù)成功地制備了直徑分別為100和50納米鐵鉻氰化物分子磁體納米線陣列。結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明納米線為面心立方結(jié)構(gòu)，其中A位Fe<'2+>離子處在高自旋態(tài)自旋數(shù)為S=2，B位Cr<'3+>離子處在低自旋態(tài)自旋數(shù)為S

4、=3/2。磁性研究結(jié)果表明鐵鉻氰化物分子磁體納米線在居里溫度以下產(chǎn)生磁有序且磁有序來源于Fe<'2+>離子與Cr<'3+>離子之間的鐵磁相互作用。直徑為50納米的納米線的居里溫度為21 K，比較普魯士藍(lán)納米線確實(shí)有所提高。 2、為了在更低的維度下對(duì)普魯士藍(lán)類配合物分子磁體進(jìn)行研究，我們利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為穩(wěn)定劑，制備出了分散性比較好的不同直徑的鎳鐵氰化物分子磁體(Ni<,1.5>[Fe(CN)<,6>]·xH<,2>

5、O)納米顆粒，顆粒結(jié)晶好并且晶體結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)。其中A位Ni<'2+>離子處在高自旋態(tài)自旋數(shù)為S=1， B位Fe<'3+>離子處在低自旋態(tài)自旋數(shù)為S=1/2。納米顆粒系統(tǒng)在居里溫度以下產(chǎn)生磁有序且磁有序來源于Ni<'2+>離子與Fe<'3+>離子之間的鐵磁相互作用。同時(shí)直徑為50和30納米的鎳鐵氰化物顆粒鐵磁相變溫度分別為20.9和21.5 K。它們相對(duì)塊體材料的磁相變溫度23.8 K而言隨著納米顆粒直徑的減小而降低，我們對(duì)其來源近

6、行了探討，認(rèn)為由于納米顆粒直徑的減小，表面原子增多，導(dǎo)致鐵磁交換作用的平均近鄰數(shù)的減少，最終導(dǎo)致居里溫度降低。 3、在對(duì)普魯士藍(lán)類配合物納米線陣列的研究中我們發(fā)現(xiàn)格點(diǎn)自旋數(shù)是影響其磁特性的重要因素，因此我們?cè)O(shè)計(jì)制備了A位為Fe<'2+>離子，B位為Cr<'3+>離子的不同直徑的鐵鉻氰化物(Fe<,1.5>[Cr(CN)<,6>]·xH<,2>O)分子磁體納米顆粒，顆粒的結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)。其中A位Fe<'2+>離子處在高自旋態(tài)自

7、旋數(shù)為S=2， B位Cr<'3+>離子處在低自旋態(tài)自旋數(shù)為S=3/2。納米顆粒系統(tǒng)在居里溫度以下產(chǎn)生磁有序且磁有序來源于Fe<'2+>離子與Cr<'3+>離子之間的鐵磁相互作用。同時(shí)直徑為93和41納米的鐵鉻氰化物納米顆粒鐵磁相變溫度分別為14和18.5 K。它們相對(duì)塊體材料的磁相變溫度20.5 K而言隨著納米顆粒直徑的減小而降低，表明材料尺寸的降低對(duì)其內(nèi)稟磁性產(chǎn)生了影響。 4、由于居里溫度與A、B位離子之間的交換作用強(qiáng)度成正比

8、，因此我們進(jìn)一步將A位的Fe<'2+>離子用Ni<'2+>離子來替換，制備出了不同尺寸的、分散性比較好的不同直徑的鎳鉻氰化物(Ni<,1.5>[Cr(CN)<,6>]·xH<,2>O)納米顆粒。其中A位Ni<'2+>離子處在高自旋態(tài)自旋數(shù)為S=1， B位Cr<'3+>離子處在低自旋態(tài)自旋數(shù)為S=3/2。直徑為80和40納米的鎳鉻氰化物顆粒居里溫度分別為75和70.5 K，比較前面制備的兩種納米顆粒系統(tǒng)有所提高，證明通過選擇在A、B位替換