液相还原法制备Heusler合金纳米颗粒及其结构和性能研究

Heusler alloys are a remarkable class of functional materials with fantastic properties and potential applications. Heusler alloys have gained enormous interest for their variety of structures and plentiful physical properties. However, the size-dependent structures and magnetic properties of the nanostructured Heusler alloys have not been clarified. In ths project, X2YZ-type Heusler alloy nanoparticles will be prepared using solution reduction method. X-ray diffrraction method, Mossbauer spectroscopy and neutron diffraction technology will be used to characterize the structure and atomic ordering of the samples. The dependence of the sturcture and atomic ordering on the particle size and chemical composition will be analyzed. The variation of magnetic properties with the particle size and chemical composition will be investigated. The exhibited structure and magnetic properties that are quite different from conventional bulk materials will be clarified. The relation of structure and magnetic propties in this novel material system will be established. The work will pave the way for the development and potential application of the new Heusler compound materials.

Heusler合金是一类极具应用前景的性能奇异的功能材料，其晶体结构的多样性和丰富的物理性质引起了科研工作者的广泛关注，但纳米尺度的Heusler 合金中与尺寸相关的结构和磁性特点尚未澄清。本项目采用成本低廉、灵活易控的液相还原法制备X2YZ(X,Y=Fe、Co、Ni，Z=Sn、In、Si等)型Heusler合金纳米颗粒，采用X射线衍射、穆斯堡尔谱、中子衍射等技术分析晶体结构及其原子排列有序度；研究Heusler合金纳米颗粒的晶体结构及其原子排列有序度随颗粒尺寸和化学成分的变化特点；研究Heusler合金纳米颗粒的磁性随颗粒尺寸和化学成分的变化特点。澄清Heusler纳米颗粒中表现出的不同于常规块体材料的结构和磁性特点，建立这类材料体系中结构和磁性之间的关联。为新型Heusler合金的开发及其实际应用奠定基础。

Heusler合金是一类极具应用前景的性能奇异的功能材料，其晶体结构的多样性和丰富的物理性质引起了科研工作者的广泛关注。系统研究纳米结构Heusler化合物的制备及其与尺寸相关的结构和磁性具有重要意义。本项目采用液相还原法制备了Co2FeSn、Ni2FeSn、Fe2NiSn和Ni2CoAl等Heusler合金纳米颗粒，研究了制备条件对样品的成分、结构和颗粒尺寸的影响,并对他们的结构和磁性进行了表征。首先，我们采用低温液相还原法制备出了颗粒尺寸为20-40 nm的B2型立方结构的Co2FeSn纳米颗粒，其室温饱和磁化强度为82 emu/g，对应的单分子磁矩约为4.3μB，矫顽力为40 Oe。采用超声辅助液相还原法制备了A2型立方结构的Co2FeSn纳米颗粒，颗粒尺寸约为10 nm，室温饱和磁化强度为30 emu/g，矫顽力为260 Oe。在此基础上，我们采用多元醇液相还原法和扩散法结合的方法制备了颗粒尺寸为6-12nm的Co2FeSn纳米颗粒，300K和5K时的饱和磁化强度分别为93 emu/g和98 emu/g，对应的单分子磁矩分别为4.9μB和5.2μB，这与大多数X2YZ型Heusler合金块体材料的磁矩值相当，300K和5K时样品的矫顽力分别为75 Oe和160 Oe。除此之外，我们还采用电化学的方法制备了Co2FeSn和Fe2NiSn纳米颗粒，对其微结构和磁性进行了表征。结果表明，电化学方法可制备出颗粒尺寸为10-40 nm的Co2FeSn纳米颗粒，样品的室温矫顽力为32 Oe，5K时单胞磁矩约为4.5μB。Fe2NiSn纳米颗粒在300K和5K时的矫顽力分别为53 Oe和131 Oe。我们还采用溶剂热还原法制备了不同颗粒尺寸的Ni2CoAl纳米颗粒，颗粒尺寸为40-60nm样品的矫顽力为249 Oe，颗粒尺寸为50-100nm的样品的矫顽力为174 Oe。最后，我们分析了这类材料中与成分和尺寸相关的磁性特点以及结构和磁性之间的关系。我们采用的低温液相还原法具有操作简单、颗粒尺寸易控，成本低廉等优点，并且可制备出传统方法尚未合成出来的合金材料。本项目的研究为新型Heusler合金的开发及其实际应用奠定了基础。