基于交换耦合作用有序磁性纳米复合材料的研究

纳米复合材料的磁性取决于纳米单体的内禀特性和单体间交换耦合作用的强弱。由于纳米单体自身结构的多样性以及单体间磁交换作用的复杂性影响了纳米复合材料交换耦合作用机制研究及其应用。本项目通过设计/合成一种三维有序磁性纳米复合材料，研究相同磁性纳米单体以及不同磁性纳米单体之间的交换耦合作用，从而达到调控磁性能的目的。项目以有序介孔材料为模板采用纳米复制技术限域合成三维有序纳米磁性复合材料，其微观结构具有一致性与可调性，便于揭示相同磁性纳米单体交换作用及不同纳米单体间交换耦合作用等物理机制。通过调控材料合成条件改变有序介孔模板的微结构，实现对磁性纳米复合材料的微结构及磁性能的调控，探讨磁性纳米复合材料的合成条件－微观结构－磁学性能之间的内在联系。在阐明纳米单体交换作用机制的基础上，开展纳米单体间交换耦合作用的研究，总结纳米材料磁性类型对交换耦合强度的影响规律，揭示作用机制，为进一步应用研究提供基础。

纳米复合材料的磁性取决于纳米单体的内禀特性和单体间交换耦合作用的强弱。由于纳米单体自身结构的多样性以及单体间磁交换作用的复杂性影响了纳米复合材料交换耦合作用机制研究及其应用。本项目通过设计/合成一种三维有序磁性纳米复合材料，研究相同磁性纳米单体以及不同磁性纳米单体之间的交换耦合作用，从而达到调控磁性能的目的。.以介孔SBA-15为模板，运用纳米复制技术和离心分离技术成功制备出单分散和束状Co3O4、CoFe2O4纳米线。研究发现单分散纳米线分散程度较好，单根尺寸在8 nm 左右，纳米线间距较大。束状纳米线含数十根纳米线以平面六角密排形式聚集在一起，单根纳米线尺寸在8 nm 左右，纳米线的间距（SBA-15孔壁）为2 nm左右。对比单分散纳米线和束状纳米线的磁性能，单分散纳米线的饱和磁化强度大于束状纳米线的饱和磁化强度，束状纳米线中相邻纳米线表面电子自旋耦合降低了纳米材料表面效应对磁性能的影响，使表面电子排布更加有序。同时由于束状纳米线的表面能较大，表面能垒抑制了自旋反转，使其居里温度升高。.以上述有序束状纳米线为模板，采用浸渍法制备有序磁性纳米复合材料，第二相存在于有序纳米线的介孔中。CoFe2O4/Co3O4磁性纳米复合材料的磁性能结果表明，随着CoFe2O4的掺入，观察到了明显的交换偏置效应，来源于反铁磁相Co3O4和亚铁磁相CoFe2O4的界面磁性相互作用，矫顽力有较大增加。NiO/NiFe2O4磁性纳米复合材料的磁性能结果表明，随着NiO增加，NiO/NiFe2O4磁性纳米复合材料交换偏置效应增强。反铁磁相NiO含量增加，使得亚铁磁NiO/NiFe2O4复合材料的磁性能被稀释，饱和磁化强度有所降低。.在上述工作基础上，还开展了其它磁性纳米材料的研究工作，以FDU-12为硬模板通过纳米复制技术合成具有面心立方堆积的介孔Co3O4磁性材料，首次提出影响Co3O4纳米球系统的磁学行为的因素不仅仅是由于传统的纳米尺寸效应，还取决于纳米球之间的距离。采用浸渍法合成了一系列氧化铁纳米空心球α-Fe2O3， Fe3O4和γ-Fe2O3。因其发达的孔道结构和比表面积，活性炭（AC）是一种优良的模板剂，许多功能材料（比如磁性材料、光催化剂、吸波材料等）可以负载于活性炭表面或者进入活性炭孔道，从而得到性能优异的活性炭复合材料。磁性活性炭具有较大的比表面积和优异的磁性能，是一种可