缺陷結(jié)構(gòu)與石墨鐵磁性的關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、石墨的鐵磁有序已經(jīng)研究了很長一段時間，而且已經(jīng)有大量的文獻指出石墨的鐵磁性是石墨的本質(zhì)特性，與石墨的缺陷有關(guān)。但是在石墨中存在的缺陷類型有很多，到底哪一種缺陷使得石墨產(chǎn)生了磁性呢?近年來，有大量的文獻指出通過離子注入的方式在石墨中產(chǎn)生的空位缺陷、間隙原子缺陷和空位吸附H等缺陷會具有凈余磁矩，從而使得石墨具有鐵磁性。我們都知道離子注入方式使得石墨產(chǎn)生了具有凈余磁矩的缺陷，但是同時它也會導(dǎo)致石墨內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，到底是何種結(jié)構(gòu)變化和石墨的鐵

2、磁性具有直接關(guān)系呢?一直也沒有一個很好的解釋。所以本文從實驗上用原位XRD測量方法和測量拉曼光譜方法來分析離子注入后石墨內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化情況，然后用近邊X射線吸收譜方法研究離子注入后石墨內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化。
　　 本文采用12C+注入高定向熱解石墨(HOPG)使石墨具有空位缺陷和間隙原子缺陷，從而使石墨具有磁性。采用超導(dǎo)量子干涉儀裝置測量石墨在注入前后的室溫磁性變化，發(fā)現(xiàn)12C+注入可以調(diào)節(jié)石墨鐵磁性。當(dāng)注入劑量≤2×1015cm

3、-2時，石墨的鐵磁性隨著注入劑量增加而增強，注入在缺陷層增加最大鐵磁飽和磁矩可以達到9.3emu/g;如果注入劑量超過2×1015cm-2，石墨磁性隨著注入劑量增加而減弱，主要是因為此時石墨內(nèi)部變成無序結(jié)構(gòu)，破壞了石墨缺陷磁矩之間的耦合作用。所以石墨鐵磁有序確實與缺陷有關(guān)，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)注入劑量可以調(diào)節(jié)石墨注入層的缺陷濃度，使石墨缺陷磁矩間的耦合作用增強，從而增強石墨的鐵磁性。注入的離子及形成的缺陷在表面缺陷層的分布是屬于高斯分布，在平均

4、阻止深度里的缺陷和離子是最多的。所以我們采用多次不同能量注入的方法，使石墨的缺陷層的缺陷密度盡量均勻分布，發(fā)現(xiàn)石墨的鐵磁還能再次繼續(xù)增加。因此石墨的鐵磁性與缺陷有關(guān)，通過改變離子注入能量和離子注入劑量能有效調(diào)控石墨鐵磁有序。根據(jù)研究得知，碳離子注入高定向熱解石墨后引起的空位缺陷是使石墨產(chǎn)生磁性的主要原因，而在200℃退火一小時后，發(fā)現(xiàn)空位缺陷明顯減少使得磁性消失。既然碳離子注入產(chǎn)生了空位缺陷，那么它肯定也會引起石墨內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，所以我

5、們用原位XRD測量方法研究了石墨內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化與石墨磁性變化的系。實驗表明在離子注入后的樣品譜線(002)峰附近發(fā)現(xiàn)有其他的峰形成，說明原子相互作用減弱，從而使得缺陷形成，導(dǎo)致層間距變大。伴隨著退火過程，(002)主峰旁邊的其它小峰逐漸消失，而經(jīng)過200℃退火后主峰附近的其它小峰全部消失。而后我們又分別測量了在不同溫度下的XRD圖譜，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高衍射峰的峰位角在逐漸的減小，可見石墨產(chǎn)生了缺陷從而使得層間距在逐漸的增大。我們在不同能