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尖晶石Co-Ni铁氧体纳米颗粒的穆斯堡尔谱研究

作　者: 牛紫平
导　师: 李发伸
学　校: 兰州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 镍铁氧体铁氧体材料钴铁氧体各向异性常数混合型尖晶石纳米科学磁铁矿纳米材料磁晶各向异性
分类号: O482.53
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

以Fe₃O₄为主要成分的磁铁矿可以说是人类最早接触到的铁氧体,古代称为慈石,后来又称之为磁石。人类对磁铁矿的认识也可以说是整个磁学史的开始。但是直到上世纪的30年代以后,由于高频无线电新技术迫切地要求人们能够找到既具有铁磁性,电阻率又很高的材料,才促使铁氧体材料的研究得到了飞跃式的发展。一些跟铁氧体相关的理论、模型,例如反铁磁性理论、超交换模型等,以及后来的分子场理论,也在这个时期得以建立起来。铁氧体材料的发展对科学技术的进步有着深远的影响。1933年日本人创制了含钴铁氧体的永磁材料;荷兰Philips实验室的物理学家Snock等研制出了各种性能优良的含锌的铁氧体,并发展出了制备的工艺过程,促成了1946年软磁铁氧体材料的工业化。通过离子部分替代而形成的混合型铁氧体,其性质往往具有比较宽的可供选择范围,从而满足不同应用的需要,因此很多研究工作也围绕它们而展开。钴铁氧体是一种良好的硬磁铁氧体材料,而镍铁氧体是软磁性铁氧体;另外钴铁氧体（CoFe₂O₄）具有大的磁晶各向异性常数K₁,而且其值为正（～+10⁶erg/cm³）,镍铁氧体（NiFe₂O₄）的磁晶各向异性常数K₁为负（～-10⁴erg/cm³）,因此,对于混合型Co-Ni铁氧体(Co_xNi_1-xFe₂O₄),按照简单的计算,当X=0.027时,其磁晶各向异性常数K₁的理论值为零,因而其铁磁共振线宽应该最小,也就是说,通过微量的Co替代Ni,可以实现对Ni铁氧体磁晶各向异性的调节,而M.H.Sirvetz和J.H.Sounders铁磁共振实验测量所得的结果也证明了这一点,但是也因此关于混合型Co-Ni铁氧体(Co_xNi_1-xFe₂O₄)的研究报导多限于Co含量很小的情况（X≤0.1）,而对高钴含量Co-Ni铁氧体(Co_xNi_1-xFe₂O₄)的研究很少见。随着近些年来纳米科学的发展,铁氧体纳米材料也加入到纳米材料科学的行列中。由于其在微波领域具有好的应用前景,Ni-Zn铁氧体引起了很多研究者的兴趣;而对全成分替代的混合型Co-Ni铁氧体(Co_xNi_1-xFe₂O₄)（0≤x≤1）纳米颗粒的研究并未见系统的报道。纳米科学是一门年轻的科学,人们对纳米材料的认识还有很多不完全的地方,因此纳米颗粒体系仍是一个活跃的研究领域。我们用聚乙烯醇（PVA）溶胶-凝胶法制备了全成分替代的混合型铁氧体Co_XNi_1-XFe₂O₄纳米颗粒,并用以高温穆斯堡尔谱为主的测试手段对它们进行了测量分析。

全文目录

第一章综述  13-24
  1.1 尖晶石铁氧体简介  13-14
  1.2 混合型Co-Ni铁氧体的研究概况及纳米Co-Ni铁氧体的研究意义  14-16
  1.3 穆斯堡尔效应及其在科学研究中的重要性  16-19
  参考文献  19-24
第二章穆斯堡尔谱学原理和背散射穆斯堡尔谱  24-42
  2.1 穆斯堡尔谱所反映的信息  24-25
    2.1.1 电单极相互作用  24
    2.1.2 电四极相互作用  24-25
    2.1.3 磁偶极相互作用  25
  2.2 超精细相互作用  25-36
    2.2.1 同质异能移  25-28
    2.2.2 四级分裂  28-30
    2.2.3 磁超精细分裂  30-33
    2.2.4 磁电混合超精细分裂  33-36
  2.3 无反冲分数与点阵动力学  36-37
  2.4 二级多普勒效应与点阵动力学  37-38
  2.5 背散射技术  38-41
    2.5.1 背散射技术的一般方法  39-40
    2.5.2 内转换电子探测器  40-41
  参考文献  41-42
第三章样品制备和测试方法  42-57
  3.1 样品制备  42-45
    3.1.1 PVA溶胶凝胶法制备铁氧体纳米颗粒  42-44
    3.1.2 射频磁控溅射法制备薄膜  44-45
  3.2 测试方法  45-55
    3.2.1 多晶X射线衍射技术  45-46
    3.2.2 宏观磁测量-振动样品磁强计  46-48
    3.2.3 透射穆斯堡尔谱仪  48-50
    3.2.4 内转换电子穆斯堡尔探测器  50-54
    3.2.5 高温穆斯堡尔实验装置  54-55
  参考文献  55-57
第四章 Co_XNi_(1-X)Fe_2O_4纳米颗粒的结构和室温磁特性  57-71
  4.1 Co_XNi_(1-X)Fe_2O_4纳米颗粒的微结构  57-59
  4.2 Co_XNi_(1-X)Fe_2O_4纳米颗粒的宏观磁性  59-63
  4.3 Co_XNi_(1-X)Fe_2O_4纳米颗粒的室温穆斯堡尔谱研究  63-69
    4.3.1 Co替代对同质异能移的影响  67-68
    4.3.2 铁原子核处超精细磁场随Co含量的变化  68-69
  参考文献  69-71
第五章 Co_XNi_(1-X)Fe_2O_4纳米颗粒的高温穆斯堡尔谱研究  71-92
  5.1 谱线相对强度随温度的变化以及高温下的离子迁移  71-80
  5.2 同质异能移随温度的变化  80-84
  5.3 超精细磁场随温度的变化  84-90
  参考文献  90-92
第六章 Fe_3O_4薄膜的制备及其磁性  92-103
  6.1 混合相Fe_2O_3-Fe_3O_4薄膜的制备及研究意义  92-93
  6.2 不同溅射气压条件下制备样品的结构和磁性  93-100
    6.2.1 X射线衍射结果分析  93-95
    6.2.2 微观磁性-内转换电子穆斯堡尔谱(CEMS)  95-98
    6.2.3 宏观磁性-VSM测量结果  98-100
  参考文献  100-103
第七章结论  103-109
附录博士在读期间发表和完成的论文  109-111
致谢  111

尖晶石Co-Ni铁氧体纳米颗粒的穆斯堡尔谱研究

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