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有機-無機雜化磁體磁性調控取得重要進展
 
2019-01-03 | 文章来源:功能材料与器件研究部        【 】【打印】【關閉

  不同于傳統的金屬、合金和氧化物磁體,有機磁體的磁性與合成過程密切相關。在過去的幾十年中,科學家付出很多努力,嘗試發展部分含有或全部由有機分子構成的有機磁體,如分子磁體、磁性有機金屬框架和有機-無機雜化磁性材料。其中,結合無機結構片段和有機分子構築的具有單晶結構特點的有機-無機雜化磁體,由于有機相與無機相界面處存在強的價鍵相互作用,産生了不同于組成單元的、新的性質,在磁電耦合、磁光效應中受到廣泛關注。有機分子具有柔性、易加工特性,有機-無機雜化磁體可以具有特殊的應用。磁有序溫度高于室溫,是磁性材料能夠在室溫或高于室溫應用的前提。然而,在有機磁體中,除了極爲少數的分子磁體和磁性有機金屬框架結構顯示了磁有序溫度接近或高于室溫,文獻中報道的磁性有機-無機雜化材料的磁有序溫度均低于200K。

  中國科學院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心功能材料与器件研究部张志东研究员、李达研究员指导博士研究生潘德胜,在以可溶性Fe和Se为前驱体成功合成铁基β-FeSe层状超导体的基础(Chem. Mater. 2017 29(2) 842-848)上,近期又采用高温有机化学溶液法,以高沸点有机胺(三乙烯四胺,teta)为溶剂,以可溶的Fe和Se前驱体为原料,一步合成了居里温度高于530K的新型磁性有机-无机杂化材料,并阐明了其生长机制。单相(β-Fe3Se4)4[Fe(teta)1.5]雜化納米片,由有機配體Fe(teta)1.5和無機結構單元β-Fe3Se4構建而成,具有四方晶體結構(I4cm)。(β-Fe3Se4)4[Fe(teta)1.5]雜化納米片在溫度低于530K穩定,高于530K至約700K緩慢分解。5-900K範圍內的磁性測量表明,(β-Fe3Se4)4[Fe(teta)1.5]雜化納米片低于530K無磁相變,在室溫下具有亞鐵磁性。(β-Fe3Se4)4[Fe(teta)1.5]雜化納米片的居裏溫度不僅高于亞鐵磁Fe-Se二元化合物(Fe3Se4和Fe7Se8)的居裏溫度,也遠高于所有已報道的有序排列的有機-無機雜化材料的磁有序溫度。雜化材料的磁性受到合成條件影響,在483K制備的雜化納米片低溫5K下展示出硬磁特性,矯頑力高達11kOe。

  韩拯研究员、李昺研究员和杨腾副研究员在杂化材料的结构和磁性分析方面提供了重要支持。台湾同步辐射研究中心Chinwei Wang博士、韩国材料科学研究所Chuljin Choi教授也参与了本工作。

  相关结果发表在近日出版的Chemistry of Materials (Chem. Mater. 2018 30(24) 8975-8982)杂志上。该项工作得到了国家自然科学基金和科技部重点研发项目资助。

图1 高温有机化学溶液法合成新的室温磁性有机-无机杂化材料(β-Fe3Se4)4[Fe(teta)1.5]納米片的示意圖。

图2 (a)(β-Fe3Se4)4[Fe(teta)1.5]雜化納米片的掃描電鏡和能譜分析結果,單個納米片的(b)Fe,(c)Se,(d)C和(d)N元素分布,(f)透射電鏡照片以及相應的(g)選區電子衍射結果。

图3 523K条件下合成的(β-Fe3Se4)4[Fe(teta)1.5]杂化纳米片的磁性能。(a)300K和(b)5K下测量的磁滞回线。(c)5-300K范围内零场冷(ZFC)和场冷(FC)磁化强度-温度曲线。(d)5-900 K范围内场冷磁化率(χ)和磁化率倒数(1/χ)-温度曲线。

 

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