稀土單質(zhì)釓及化合物的制備、結(jié)構(gòu)及物性.pdf

1、論文第一部分研究了納米稀土Gd單質(zhì)及化合物的制備、結(jié)構(gòu)與性能。具有納米結(jié)構(gòu)的稀土元素及其化合物是一類兼具稀土材料特征及納米材料特征的新型材料。這類材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能而受到研究者的廣泛關(guān)注，從而成為當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，稀土本征的高化學(xué)活性在納米尺度下變得更加明顯，由此導(dǎo)致這類材料對(duì)制備技術(shù)有著苛刻的要求。材料極易因?yàn)檠趸冗^(guò)程而發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)以及性能上的變化。因此，目前對(duì)具有納米結(jié)構(gòu)的稀土元素及其化合物的研究較少。對(duì)此

2、，我們采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的稀土納米材料制備技術(shù)，以稀土元素釓(Gd)及其化合物為研究對(duì)象，成功地制備出多種稀土納米顆粒及致密納米晶塊體材料。在此基礎(chǔ)上對(duì)這些材料的結(jié)構(gòu)及物理性能進(jìn)行了研究，為相關(guān)領(lǐng)域今后的研究工作提供了一些重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 在惰性氣體保護(hù)的環(huán)境下，采用氣體蒸發(fā)一冷凝法制備了稀土元素Gd的納米顆粒。通過(guò)對(duì)制備技術(shù)中各項(xiàng)重要工藝參數(shù)的研究和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生成納米顆粒產(chǎn)物平均粒徑和產(chǎn)率的有效控制。采用TEM、XRD等

3、實(shí)驗(yàn)分析手段對(duì)所制備的各種納米顆粒進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。發(fā)現(xiàn)納米Gd顆粒同時(shí)存在HCP和FCC兩種晶體結(jié)構(gòu)。而且隨Gd顆粒平均尺寸的增大，面心立方結(jié)構(gòu)的Gd顆粒逐漸減少并最終消失。 以平均粒徑為15nm的納米Gd顆粒為原料，采用高壓放電等離子燒結(jié)技術(shù)(簡(jiǎn)稱SPS技術(shù))制備了全致密塊體納米晶Gd材料。發(fā)現(xiàn)隨著燒結(jié)溫度的升高，塊體Gd材料依次經(jīng)歷了原始顆粒燒結(jié)態(tài)——非晶態(tài)——非晶、納米晶混合態(tài)——納米晶態(tài)的過(guò)程。對(duì)此，本研究結(jié)合SPS燒結(jié)

4、機(jī)理和對(duì)各種狀態(tài)塊體Gd材料的顯微組織分析，提出了高壓SPS合成納米晶Gd塊體材料的動(dòng)力學(xué)理論模型。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)SPS過(guò)程中的壓力具有強(qiáng)化密排六方晶體結(jié)構(gòu)的納米晶Gd的[001]取向的作用。此外，發(fā)現(xiàn)當(dāng)納米晶Gd的平均粒度從5納米以下變大時(shí)，材料發(fā)生從面心立方到密排六方的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，當(dāng)達(dá)到15納米時(shí)，全部轉(zhuǎn)化為密排六方的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)納米晶Gd材料的內(nèi)稟及技術(shù)磁性、電輸運(yùn)特性的研究發(fā)現(xiàn)，納米晶Gd內(nèi)部存在大量的晶界，而且界面內(nèi)部Gd原

5、子的間距不同于晶內(nèi)原子間距，從而造成了材料的居里溫度降低、飽和磁化強(qiáng)度及原子磁矩下降、磁熱效應(yīng)變小以及電阻顯著增大等現(xiàn)象。論文第二部分是稀土Gd系磁制冷材料的研究。室溫磁制冷技術(shù)因其節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛關(guān)注，由此以Gd5(Si<,x>Ge<,1-x>)<,4>系金屬間化合物為代表磁制冷材料成為相關(guān)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。但從實(shí)用制冷技術(shù)來(lái)看，單一成分磁制冷材料存在制冷溫跨窄的問(wèn)題。據(jù)此，本文首先制各了Gd<,5>Si<,2>Ge<,2>合金