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NaZn13型La(Fe,Al)13基化合物作为一种稀土-过渡族金属材料,具有多样的磁学性能以及多种特殊物理性质,对其进行多方面深入研究有助于开发出实用的多功能材料。本论文通过改变化学配比和Fe位原子替代,重点研究了La(Fe,Al)13系列化合物的低温反常热膨胀性能,同时在该系列化合物中还发现了另外两种特殊的物理现象:超磁致伸缩和零电阻率温度系数特性。此外,对材料的晶体结构和磁学性能进行系统的研究,并对产生这些奇异物性的机理进行了探索。 采用真空电弧熔炼法制备出系列La(Fe,Al)13及其掺杂化合物,包括低Al含量的LaFe13-xAlx,Mn掺杂的La(Fe1-xMnx)11.4Al1.6.6以及Co掺杂的La(Fe1-xCox)11.4Al1.6三类化合物。 研究了La(Fe,Al)13系列化合物的晶体结构、磁学性质以及反常热膨胀性能。通过改变化学元素配比实现热膨胀属性从零膨胀到负热膨胀性能间的调控:在LaFe11.6Al1.4及LaFe11.4Al1.6化合物中发现低温近零膨胀现象,进一步增加Al含量,发现LaFe11.2Al1.8化合物在居里温度附近(110-190K)发生明显的负热膨胀行为。另外,对零膨胀材料LaFe11.4Al1.6分别进行Mn和Co掺杂,同样出现负热膨胀现象。并且随Mn元素的增加,负热膨胀温区向低温区移动;随Co元素的增加,负热膨胀温区向高温区移动,负热膨胀温区范围也有所增大。通过材料磁性能分析,发现零膨胀现象对应反铁磁(AFM)、顺磁(PM)以及远离磁转变区域的铁磁(FM)单一态,而负热膨胀行为与FM-PM磁转变有关,发生在居里温度附近。 在基态AFM的La(Fe,Al)13化合物中发现各向同性的超磁致伸缩现象。当温度低于150K时,LaFe11.4Al1.6样品在外加磁场(H≈2T)作用下体积发生跳跃式增大,饱和磁致伸缩量达2800ppm。 通过分析材料在温度和磁场作用下的体积变化,以及与各磁性间的对应关系,提出“畴致伸缩”假设。指出材料的体积变化来源于FM态的磁畴结构,为深入分析材料的各种体积效应提供依据。 初步研究了La(Fe,Al)13及Mn掺杂化合物的电阻率随温度的变化情况,并发现在某些温度区域,材料表现出独特的零电阻率温度系数特性。其中,LaFe9.5Al3.5化合物在2-354K温区内的平均电阻率温度系数为9.34ppm·K-1。另外,通过改变化学配比和元素掺杂的方式,可以有效调控La(Fe,Al)13系列化合物电阻率温度系数的正负、大小以及零电阻率温度系数的适用温区范围。