氮化鐵類材料具有優(yōu)異的磁性性能并且在諸多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值,因此近年來此類材料受到廣泛關(guān)注和研究。其中ε-Fe3N及γ′-Fe4N在室溫下具有優(yōu)異的磁學(xué)性質(zhì),良好的穩(wěn)定性并且具有類金屬性質(zhì),已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其在磁流體,造影劑及催化領(lǐng)域等方面有著潛在的應(yīng)用。但是目前在對ε-Fe3N及γ′-Fe4N類材料的研究中,單一的合成方法限制了此類材料在應(yīng)用方面的進一步研究及探索。因此有必要探索一種簡單的合成方法來制備ε-Fe3N及γ′-Fe4N類材料并進一步擴展其應(yīng)用。我們通過參考之前的研究,利用簡單的方法得到了ε-Fe3N磁性材料,并且對Mn、Ni及Co摻雜的ε-Fe3N材料的性質(zhì)進行了研究,另外我們也嘗試合成了γ′-Fe4N磁性材料。此外,我們對所制備材料的應(yīng)用進行了探索。論文的具體內(nèi)容如下:1.利用三種不同的有機胺制備了不同的前驅(qū)體,并且通過焙燒制備得到了不同的ε-Fe3N磁性材料。首先,我們通過改變焙燒條件并結(jié)合我們之前的研究,推測了反應(yīng)中的相轉(zhuǎn)變過程,其次我們通過透射電鏡表征了不同前驅(qū)體所得到ε-Fe3N磁性材料的形貌,最后我們對樣品的磁性性質(zhì)進行了研究。測試結(jié)果表明,不同的前驅(qū)體通過改變焙... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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人類歷史上材料發(fā)展過程

圖 1.2 過渡金屬相應(yīng)的穩(wěn)定氮化物存在形式[7]除了鉑系金屬元素，絕大多數(shù)過渡金屬元素均能夠形成氮化物。鐵，鈷，鎳這三種金屬是典型的例子，它們均可以形成相應(yīng)的氮化物[8-13]。圖 1.2 為Ⅳ-Ⅷ族過渡金屬相應(yīng)的穩(wěn)定氮化物形式�？梢园l(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的前過渡金屬氮化物大多以MN 及 M2N 形式存在，而穩(wěn)定的后過渡金屬氮化物則以 M3N 形式存在。另外，它們常見結(jié)構(gòu)均是小的氮原子占據(jù)間隙位置，例如面心立方，六方密堆積及簡單六方。H gg 經(jīng)驗定則認為：晶體結(jié)構(gòu)形成是依靠于半徑比 r=rx/rm，其中 rx為非金屬原子的半徑，rm為金屬的原子半徑[2]。當(dāng)計算得到的 r 值小于 0.59 時，金屬排列形成簡單的晶體結(jié)構(gòu)。例如鈦，釩，鉬及鎢的氮化物，半徑比范圍從 0.491到 0.576。而當(dāng) r 值大于 0.59 時則會形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這是由于金屬間的晶格間隙位置比間隙原子半徑稍小。這將導(dǎo)致金屬原子與非金屬原子之間不能充分結(jié)合，結(jié)構(gòu)將變得不穩(wěn)定。然而，還有很多的氮化物不能完全符合 H gg 經(jīng)驗定則。在這些化合物中，氮原子不能完全占據(jù)金屬晶格間隙。

圖 1.3 FeN 的晶體結(jié)構(gòu)示意圖[36]FeN 具體結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示，″-FeN 具有立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，空間群為 F43 m，晶格參數(shù) a=4.33 ，其中氮原子占據(jù)四面體間隙，不具有磁性，而 -FeN ，則具有 NaCl 型結(jié)構(gòu)，晶格參數(shù) a = 4.53 ，空間群為 Fm3m，，其中氮原子占據(jù)面心立方鐵晶格邊緣的中間位置，具有反鐵磁性。除晶體結(jié)構(gòu)外，F(xiàn)eN 在電化學(xué)催化方面的研究也受到廣泛地關(guān)注。KongY 等人通過計算發(fā)現(xiàn) FeN 除了 NaCl( -FeN)，ZnS ( ″-FeN) 結(jié)構(gòu)，還能夠以 CsCl 結(jié)構(gòu)存在[36]。另外，Kikkawa, S 等人利用鐵蒸汽與氮原子反應(yīng)成功得到 ZnS 型 ″-FeN。Han Yin 等人通過簡單的兩步水熱反應(yīng)法得到了含有少量 Fe2N 的 FeN 與氮摻雜石墨烯氣凝膠的多孔混合材料，并且通過 XPS 測試分析 FeN 中主要以 Fe-N 共價鍵形式存在，并發(fā)現(xiàn)其在氧還原反應(yīng)中具有可以媲美貴金屬催化劑高效的催化性能[37]。1.3.2.2 ζ-Fe2N


本文編號：3401139