磁場下異煙酸鈷的化學還原反應與鈷微納米結構合成.pdf

1、外加磁場誘導是一種可以影響產物成核和生長的過程，進而調控產物形貌、結構和性質的有效手段。六方相金屬鈷納米材料又因為其強烈的磁各向異性、高的飽和磁化強度和矯頑力，成為磁性材料研究領域的一個熱點。本論文旨在研究磁場下化學反應的特點，深入分析磁場對化學反應的作用機制，另外制備了不同形貌的鈷微納米磁性材料，并對其形成機理和相關磁性能作了較為系統(tǒng)的研究。詳細內容概括如下： 1.選用金屬配合物異煙酸鈷作為前驅體鈷源，以NaOH溶液輔助，強堿

2、性條件下水合肼還原。利用水熱反應合成了超薄鈷納米片自組裝而成的微米球結構。鈷納米片的厚度只有10 nm，其片平面法線方向與六方相鈷的易磁化軸方向[001]平行。配合物異煙酸鈷分子在這個自組裝結構的形成過程中起了軟模板的作用。通過改變反應條件，發(fā)現(xiàn)反應體系中前驅體鈷源濃度低和NaOH濃度高時，對均一的微米球結構形成有利。研究了自組裝結構的磁性能，其磁滯回線顯示材料在室溫下呈現(xiàn)軟磁性，矯頑力很低，只有24.5 Oe，這可能是由鈷納米片本身各

3、向異性導致的磁矩結構和納米片各向同性的自組裝方式造成的。反應中施加外磁場，發(fā)現(xiàn)磁場對產物形貌有一定影響，但雜亂而不規(guī)則。這可能由于本反應體系的反應速率過快而致。 2.以異煙酸鈷作為反應物，氨水輔助下，弱堿性環(huán)境中次亞磷酸鈉還原。合成了特殊的六方相金屬鈷的杉樹狀三維枝晶。枝晶具有特別的分級結構，主軸(類似樹干)沿著[001]方向生長，葉片一層層平行于主軸生長，生長方向平行于(001)面。同一層的葉片呈六方對稱排列。前驅體異煙酸鈷在

4、產物形成過程中起了關鍵的作用。這種三維枝晶結構具有特殊的磁性質，矯頑力只有184.9 Oe，比以前報道的鈷枝晶的矯頑力要低，其原因可能是我們的三維枝晶的整體各向異性比那些枝晶低。在反應中引入外加磁場，發(fā)現(xiàn)磁場對產物影響不大，可能是因為在非平衡態(tài)下枝晶生長過程很快，磁場力幾乎可以忽略。這種特殊的具有分級超結構的三維枝晶在對物理研究可能有新的應用，另外在微納米器件方面也可能有潛在應用。 3.通過實驗，選擇了合適的化學反應體系，探索磁

5、場下化學反應的特點，磁場力和其他作用力的綜合作用機制。以異煙酸鈷作為前驅物，氨水輔助，弱堿性環(huán)境中水合肼還原，詳細研究了磁場力與反應體系中其他力的作用過程。通過水熱還原合成了鈷納米片自組裝而成的土豆形態(tài)的微米球結構。相同實驗條件下，引入0.35 T的外加磁場誘導，制備了由土豆微球串成的一維多晶鏈狀結構。系統(tǒng)地研究了制備條件對樣品形貌、結構以及磁性能的影響。根據(jù)實驗結果提出可能的生長機制：異煙酸鈷分子在溶液中聚集成球形團簇，球形簇在磁場作

6、用下會遷移到磁力線附近，反應更容易沿著磁力線發(fā)生，從而形成了土豆微球長成的一維直鏈。直鏈的的基本組裝單元鈷納米片，在0.35 T的外加磁場作用下，沒有直接組裝成一維結構，而是先組裝成土豆微球，微球再串成直鏈。這表明，由于配合物分子間(或鈷納米片間)的相互作用形成的球形簇和土豆微球組裝結構在外磁場作用下是穩(wěn)定的，磁場力不能破壞它們。由此可以看出，實驗中施加的外磁場力弱于配合物分子(或鈷納米片)間的相互作用(范德華力)。在300 K下測量了