磁場下異煙酸鈷的化學(xué)還原反應(yīng)與鈷微納米結(jié)構(gòu)合成.pdf

1、外加磁場誘導(dǎo)是一種可以影響產(chǎn)物成核和生長的過程，進(jìn)而調(diào)控產(chǎn)物形貌、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有效手段。六方相金屬鈷納米材料又因為其強烈的磁各向異性、高的飽和磁化強度和矯頑力，成為磁性材料研究領(lǐng)域的一個熱點。本論文旨在研究磁場下化學(xué)反應(yīng)的特點，深入分析磁場對化學(xué)反應(yīng)的作用機制，另外制備了不同形貌的鈷微納米磁性材料，并對其形成機理和相關(guān)磁性能作了較為系統(tǒng)的研究。詳細(xì)內(nèi)容概括如下： 1.選用金屬配合物異煙酸鈷作為前驅(qū)體鈷源，以NaOH溶液輔助，強堿

2、性條件下水合肼還原。利用水熱反應(yīng)合成了超薄鈷納米片自組裝而成的微米球結(jié)構(gòu)。鈷納米片的厚度只有10 nm，其片平面法線方向與六方相鈷的易磁化軸方向[001]平行。配合物異煙酸鈷分子在這個自組裝結(jié)構(gòu)的形成過程中起了軟模板的作用。通過改變反應(yīng)條件，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)體系中前驅(qū)體鈷源濃度低和NaOH濃度高時，對均一的微米球結(jié)構(gòu)形成有利。研究了自組裝結(jié)構(gòu)的磁性能，其磁滯回線顯示材料在室溫下呈現(xiàn)軟磁性，矯頑力很低，只有24.5 Oe，這可能是由鈷納米片本身各

3、向異性導(dǎo)致的磁矩結(jié)構(gòu)和納米片各向同性的自組裝方式造成的。反應(yīng)中施加外磁場，發(fā)現(xiàn)磁場對產(chǎn)物形貌有一定影響，但雜亂而不規(guī)則。這可能由于本反應(yīng)體系的反應(yīng)速率過快而致。 2.以異煙酸鈷作為反應(yīng)物，氨水輔助下，弱堿性環(huán)境中次亞磷酸鈉還原。合成了特殊的六方相金屬鈷的杉樹狀三維枝晶。枝晶具有特別的分級結(jié)構(gòu)，主軸(類似樹干)沿著[001]方向生長，葉片一層層平行于主軸生長，生長方向平行于(001)面。同一層的葉片呈六方對稱排列。前驅(qū)體異煙酸鈷在

4、產(chǎn)物形成過程中起了關(guān)鍵的作用。這種三維枝晶結(jié)構(gòu)具有特殊的磁性質(zhì)，矯頑力只有184.9 Oe，比以前報道的鈷枝晶的矯頑力要低，其原因可能是我們的三維枝晶的整體各向異性比那些枝晶低。在反應(yīng)中引入外加磁場，發(fā)現(xiàn)磁場對產(chǎn)物影響不大，可能是因為在非平衡態(tài)下枝晶生長過程很快，磁場力幾乎可以忽略。這種特殊的具有分級超結(jié)構(gòu)的三維枝晶在對物理研究可能有新的應(yīng)用，另外在微納米器件方面也可能有潛在應(yīng)用。 3.通過實驗，選擇了合適的化學(xué)反應(yīng)體系，探索磁

5、場下化學(xué)反應(yīng)的特點，磁場力和其他作用力的綜合作用機制。以異煙酸鈷作為前驅(qū)物，氨水輔助，弱堿性環(huán)境中水合肼還原，詳細(xì)研究了磁場力與反應(yīng)體系中其他力的作用過程。通過水熱還原合成了鈷納米片自組裝而成的土豆形態(tài)的微米球結(jié)構(gòu)。相同實驗條件下，引入0.35 T的外加磁場誘導(dǎo)，制備了由土豆微球串成的一維多晶鏈狀結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)地研究了制備條件對樣品形貌、結(jié)構(gòu)以及磁性能的影響。根據(jù)實驗結(jié)果提出可能的生長機制：異煙酸鈷分子在溶液中聚集成球形團(tuán)簇，球形簇在磁場作

6、用下會遷移到磁力線附近，反應(yīng)更容易沿著磁力線發(fā)生，從而形成了土豆微球長成的一維直鏈。直鏈的的基本組裝單元鈷納米片，在0.35 T的外加磁場作用下，沒有直接組裝成一維結(jié)構(gòu)，而是先組裝成土豆微球，微球再串成直鏈。這表明，由于配合物分子間(或鈷納米片間)的相互作用形成的球形簇和土豆微球組裝結(jié)構(gòu)在外磁場作用下是穩(wěn)定的，磁場力不能破壞它們。由此可以看出，實驗中施加的外磁場力弱于配合物分子(或鈷納米片)間的相互作用(范德華力)。在300 K下測量了