单分散MnO纳米晶样品的制备和磁性研究

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过渡金属氧化物的纳米颗粒因其在信息存储、催化、生物医药等方面的广泛应用引起大家极大的兴趣,特别像MnO,NiO,CoO等简单的二元金属氧化物纳米晶,它们已经在纳米级磁性特性详细的描述上充当理论模型并在材料学和化学等领域引起了科学家的广泛关注。本文主要以锰基稀磁半导体材料为研究对象,利用热分解反应成功制备了MnO纳米颗粒及其过渡金属掺杂样品,并围绕着MnO及其掺杂样品的制备、表征和光学性质进行了以下几个方面的研究。1.采用热分解反应的方法,以乙酰丙酮锰(Mn(acac)3)为锰源,利用油胺的高沸点提供高温化学反应环境,成功合成出颗粒尺寸可控的立方相MnO纳米颗粒。结果发现:合成出的纳米颗粒尺寸随着反应温度的升高而增大,其分散性也有所改善,同时样品的结构并未发生改变。通过磁性测量发现低温MnO表现出超顺磁性,其归因于MnO内部结构的本征反铁磁作用和表面铁磁作用耦合的结果,其铁磁相互作用来源于颗粒表面的未补偿自旋。2.以乙酰丙酮锰、乙酰丙酮铁为前驱物,利用油胺的高沸点提供高温化学反应环境,成功合成Mn1-xFexO体系,并对其结构、形貌、和磁性进行表征分析。结果发现:随着Fe离子掺杂浓度的提高,样品颗粒尺寸逐渐变小,但未改变样品的立方相结构,同时由于Fe离子的引入,样品的形貌发生变化,这主要因为Fe离子掺杂引起样品铁磁性增强,粒子之间磁相互作用增强而出现团聚现象。通过对颗粒的磁性测量结果分析可知,随着Fe离子掺杂浓度的提高,样品颗粒的居里外推温度逐渐减小,这表明Fe离子掺杂使得颗粒内部反铁磁作用减弱,铁磁性增强,同时对应样品的截止温度逐渐升高。3.最后对Fe掺杂MnO样品体系进行了禁带宽度的计算和分析。计算结果表明随着Fe离子掺杂浓度的提高,对应样品的禁带宽度逐渐减弱,对应可吸收光谱的范围变窄。
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