鈥、鉺、銩納米晶塊體結構、磁性及電輸運特性研究.pdf

1、重稀土鈥、鉺、銩是一組具有豐富磁結構的強磁性金屬元素。關于它們的單晶體和多晶體(粗晶態(tài))的物理性能,特別是磁性能、電輸運性質以及熱學性質等已經建立了較為系統的研究結果。但是至今為止,由于制備技術上的限制以及材料本身具有較強的物理化學活性,人們在制備具有納米結構的鈥、鉺、銩金屬材料方面遇到了挑戰(zhàn),而對于這組稀土元素在結構納米化后物理性能的變化更是鮮見報導。本論文的研究工作正是在這種背景下,基于上述令人關注的科學問題而展開的。
　　

2、 據此,本研究首先利用惰性氣體保護蒸發(fā)冷凝技術制備出鈥、鉺、銩金屬納米顆粒;之后利用放電等離子燒結技術(Spark Plasma Sintering,簡稱SPS技術)在低溫、高壓、快速的燒結條件下將上述納米顆粒制備成接近材料理論密度的納米晶塊體材料;最后,通過系統的退火工藝,制備出平均晶粒尺寸在10-100納米范圍內精確可調的全致密鈥、鉺、銩納米晶塊體材料。我們將上述納米晶材料制備成適當的樣品,并以原始的粗晶材料作為對比樣品,利用XRD

3、分析樣品的晶體結構,并計算塊體材料的平均晶粒尺寸。采用透射電子顯微鏡(TEM)觀察樣品的顯微組織和晶體結構。采用物理性質測量系統(PPMS)測試樣品的磁性能和電輸運性質。此外,利用阿基米德方法對燒結樣品的密度進行測試,結果表明,所制備納米晶樣品密度均達到了該元素理論密度的99％以上,基本實現了致密化。
　　 研究發(fā)現,在10-100納米的范圍內,鈥、鉺、銩金屬晶粒尺寸的納米化沒有對其晶體結構造成影響。XRD晶體結構測試發(fā)現鈥、鉺

4、、銩三種材料納米化以后均保持了粗晶狀態(tài)時的密排六方結構。但是晶粒尺寸的減小對其物理性能造成了顯著的影響。三種金屬的物理性能隨其晶粒尺寸的變化表現出如下變化規(guī)律:第一,隨著晶粒度的變小,材料發(fā)生順磁—反鐵磁奈爾轉變和反鐵磁—鐵磁居里轉變的溫度有所下降:第二,材料的磁化強度隨著其晶粒度的減小而顯著降低,但矯頑力則增高;第三,材料的電阻率隨著晶粒度的下降而顯著升高。分析發(fā)現,造成三種元素的物理性能發(fā)生上述顯著變化的主要原因是隨著晶粒度的減小,