基于交换偏置作用核/壳结构纳米颗粒的磁性调控

利用金属醇盐热还原方法制备Co等磁性金属纳米颗粒，并以其为核利用金属醇盐热分解方法生长Fe3O4等无机亚铁磁或反铁磁材料包覆层，得到具有核/壳结构的金属基磁性纳米颗粒。系统研究合成条件及包覆层材料对包覆效果的影响，实现对核的尺寸和壳层厚度的控制，获得尺寸分布均匀、分散性好及核、壳尺寸可控的磁性纳米颗粒合成工艺。系统研究核、壳的材料、尺寸及微观结构等与体系交换偏置等磁性能的关系，阐述表面自旋对称缺失及内部界面交换耦合对交换偏置、矫顽力及超顺磁临界尺寸等磁性能的影响机制，丰富交换偏置理论，为核/壳结构磁性纳米颗粒体系交换偏置理论的建立奠定基础。并以此研究为基础，通过控制核的尺寸、壳层的材料及厚度，实现对该体系的交换偏置、矫顽力、超顺磁临界尺寸等磁性能的调控。为该体系材料在生物医疗（生物分离、药物投递、磁性成像等）、新型超高磁记录材料、磁性开关等领域的应用提供必要的理论指导和技术支持。

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/合成二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。.首先在惰性气体的保护下利用液相还原方法和离心分离技术成功制备出单分散球形Co纳米颗粒。研究发现Co纳米颗粒的分散性好、尺寸均匀，单颗粒尺寸约为28nm。接下来将其在惰性气体的保护下均匀分散到有机溶剂中，利用液相Co有机盐热分解方法在颗粒表面包覆CoO反铁磁层，合成出Co/CoO的核壳结构体系样品，通过改变Co有机盐用量控制CoO反铁磁层的厚度（0.8～2.0nm)。对比Co纳米颗粒发现，观察到了明显的交换偏置效应，交换偏置效应随CoO反铁磁层的厚度的增加而加强。ZFC测试表明体系的阻塞温度（TB）随包覆层厚度的增加而升高。其原因为随着CoO反铁磁层的厚度的增加，CoO包覆层的结晶有序增加、磁晶各向异性能增大，Co和CoO界面的交互作用增强，抑制了Co的自旋反转，使其阻塞温度（TB）、居里升高，提高了材料的超顺磁临界尺寸。通过对包覆层的控制可达到对材料的磁性调控。.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