稀土單質(zhì)釓及化合物的制備、結(jié)構及物性.pdf

1、論文第一部分研究了納米稀土Gd單質(zhì)及化合物的制備、結(jié)構與性能。具有納米結(jié)構的稀土元素及其化合物是一類兼具稀土材料特征及納米材料特征的新型材料。這類材料因其獨特的結(jié)構和性能而受到研究者的廣泛關注，從而成為當前材料科學領域的研究熱點。然而，稀土本征的高化學活性在納米尺度下變得更加明顯，由此導致這類材料對制備技術有著苛刻的要求。材料極易因為氧化等過程而發(fā)生成分、結(jié)構以及性能上的變化。因此，目前對具有納米結(jié)構的稀土元素及其化合物的研究較少。對此

2、，我們采用具有自主知識產(chǎn)權的稀土納米材料制備技術，以稀土元素釓(Gd)及其化合物為研究對象，成功地制備出多種稀土納米顆粒及致密納米晶塊體材料。在此基礎上對這些材料的結(jié)構及物理性能進行了研究，為相關領域今后的研究工作提供了一些重要的基礎數(shù)據(jù)。 在惰性氣體保護的環(huán)境下，采用氣體蒸發(fā)一冷凝法制備了稀土元素Gd的納米顆粒。通過對制備技術中各項重要工藝參數(shù)的研究和調(diào)整，實現(xiàn)了對生成納米顆粒產(chǎn)物平均粒徑和產(chǎn)率的有效控制。采用TEM、XRD等

3、實驗分析手段對所制備的各種納米顆粒進行了結(jié)構表征。發(fā)現(xiàn)納米Gd顆粒同時存在HCP和FCC兩種晶體結(jié)構。而且隨Gd顆粒平均尺寸的增大，面心立方結(jié)構的Gd顆粒逐漸減少并最終消失。 以平均粒徑為15nm的納米Gd顆粒為原料，采用高壓放電等離子燒結(jié)技術(簡稱SPS技術)制備了全致密塊體納米晶Gd材料。發(fā)現(xiàn)隨著燒結(jié)溫度的升高，塊體Gd材料依次經(jīng)歷了原始顆粒燒結(jié)態(tài)——非晶態(tài)——非晶、納米晶混合態(tài)——納米晶態(tài)的過程。對此，本研究結(jié)合SPS燒結(jié)

4、機理和對各種狀態(tài)塊體Gd材料的顯微組織分析，提出了高壓SPS合成納米晶Gd塊體材料的動力學理論模型。同時，發(fā)現(xiàn)SPS過程中的壓力具有強化密排六方晶體結(jié)構的納米晶Gd的[001]取向的作用。此外，發(fā)現(xiàn)當納米晶Gd的平均粒度從5納米以下變大時，材料發(fā)生從面心立方到密排六方的晶體結(jié)構轉(zhuǎn)變，當達到15納米時，全部轉(zhuǎn)化為密排六方的晶體結(jié)構。通過對納米晶Gd材料的內(nèi)稟及技術磁性、電輸運特性的研究發(fā)現(xiàn)，納米晶Gd內(nèi)部存在大量的晶界，而且界面內(nèi)部Gd原

5、子的間距不同于晶內(nèi)原子間距，從而造成了材料的居里溫度降低、飽和磁化強度及原子磁矩下降、磁熱效應變小以及電阻顯著增大等現(xiàn)象。論文第二部分是稀土Gd系磁制冷材料的研究。室溫磁制冷技術因其節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點而得到廣泛關注，由此以Gd5(Si<,x>Ge<,1-x>)<,4>系金屬間化合物為代表磁制冷材料成為相關領域研究熱點。但從實用制冷技術來看，單一成分磁制冷材料存在制冷溫跨窄的問題。據(jù)此，本文首先制各了Gd<,5>Si<,2>Ge<,2>合金