【摘要】：Mn基反鈣鈦礦氮化物因具有多重磁性轉(zhuǎn)變、近零電阻溫度系數(shù)、負(fù)熱膨脹等奇特的物理性能一直受到材料科學(xué)家與凝聚態(tài)物理學(xué)家的關(guān)注,其中許多是強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料體系,即材料的磁性、電輸運(yùn)性以及晶體結(jié)構(gòu)之間存在非常緊密的內(nèi)在聯(lián)系,某個(gè)物理性能發(fā)生變化會(huì)使另外兩個(gè)物理性能也隨之發(fā)生變化。因此研究Mn基反鈣鈦礦氮化物的物理性能,尤其是研究其磁性的變化與起源對(duì)于理解此類材料許多奇特物理性能的機(jī)理是非常重要的。本論文選取Mn基反鈣鈦礦氮化物中的Mn3Cu N與Mn3Ga N作為研究對(duì)象,利用固相反應(yīng)法首次制備了稀土Gd摻雜、非化學(xué)計(jì)量比以及金屬Ga摻雜的Mn基反鈣鈦礦氮化物,不僅顯著地改變了材料的磁性與電輸運(yùn)性等物理性能,還系統(tǒng)研究了它們的變化規(guī)律及其物理機(jī)理。在Mn3Cu N中摻雜鑭系稀土金屬元素Gd使材料出現(xiàn)兩次磁相變,在外加磁場(chǎng)下出現(xiàn)相分離。Mn3Cu1-x Gdx N在降溫過(guò)程中首先經(jīng)歷高溫的順磁-鐵磁相變,這是由Gd原子間的鐵磁交換引起的。繼續(xù)降溫Mn3Cu1-x GdxN發(fā)生鐵磁-反鐵磁相變,這個(gè)過(guò)程顯示出材料的本征磁相變,晶胞中上下底面的Mn原子磁矩按照鐵磁有序排列,與頂角位置的Gd原子磁矩按照反鐵磁有序排列。隨著Gd摻雜量增加高溫磁相變向高溫移動(dòng)而低溫磁相變向低溫移動(dòng),中間的鐵磁性溫區(qū)逐漸展寬,由46K展寬至140K。等溫磁化曲線在快速掃描磁場(chǎng)下出現(xiàn)磁臺(tái)階即分布磁化現(xiàn)象,這是由快速掃描磁場(chǎng)誘導(dǎo)的相分離引起的,磁性弛豫與等溫磁阻表明Mn3Cu1-x Gdx N在低溫下處于磁性亞穩(wěn)態(tài)。變溫X射線衍射表明Mn3Cu1-x GdxN的晶體結(jié)構(gòu)相變與低溫磁相變一致,隨摻雜量增加逐漸向低溫移動(dòng),這說(shuō)明Gd原子的引入抑制了材料的本征相變。摻雜Gd原子使原來(lái)存在于高溫段的近零電阻溫度系數(shù)逐漸消失,而在低溫區(qū)顯示出明顯的近零電阻溫度系數(shù)。在Mn3Ga N中制造非化學(xué)計(jì)量比使材料轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷罔F磁性。在Ga位與N位按照1:1比例制造化學(xué)成分缺失后,Mn3Gax Nx由無(wú)成分缺失時(shí)的反鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔瘜W(xué)計(jì)量比的高溫鐵磁性,隨著化學(xué)成分缺失的增多Mn3Gax Nx的居里溫度逐漸升高。當(dāng)x=0.7時(shí)居里溫度為395K,x=0.6時(shí)居里溫度略微降低至390K,x=0.5時(shí)居里溫度升高至424K。變溫中子衍射及其晶體結(jié)構(gòu)精修表明Mn3Gax Nx具有與M-1類似的磁結(jié)構(gòu),磁單胞中上下底面的Mn原子磁矩按照鐵磁有序排列,它與頂角位置的Mn原子磁矩按照亞鐵磁有序排列。第一性原理計(jì)算表明Mn3Gax Nx的交換積分J0,說(shuō)明材料具有鐵磁性,磁性來(lái)源于Mn原子的d軌道電子。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,三個(gè)非化學(xué)計(jì)量比的交換積分J的大小關(guān)系為J0.5J0.7J0.6,與磁性測(cè)試結(jié)果一致。電輸運(yùn)性測(cè)試結(jié)果顯示非化學(xué)計(jì)量比的Mn3Gax Nx在300K以下為金屬導(dǎo)電性,但是在低溫下存在一個(gè)電阻極小值,通過(guò)電阻參數(shù)擬合可知近藤散射機(jī)制與電子-電子散射機(jī)制是引起這個(gè)極小值的主要原因。在Mn3Cu N中摻雜過(guò)渡金屬元素Ga使材料在低溫下處于自旋玻璃態(tài)。隨溫度降低Mn3Cu1-x Gax N在凍結(jié)溫度發(fā)生自旋凍結(jié)現(xiàn)象,當(dāng)x=0.3時(shí)材料的凍結(jié)溫度為113 K,隨Ga摻雜量增加凍結(jié)溫度逐漸向低溫移動(dòng),當(dāng)x達(dá)到0.9時(shí)凍結(jié)溫度降低至86 K,此外Ga摻雜量的增加還使Mn3Cu1-x Gax N的磁矩值明顯降低。對(duì)于x=0.3的樣品,增加磁場(chǎng)強(qiáng)度能夠使凍結(jié)溫度向低溫移動(dòng),說(shuō)明外加磁場(chǎng)對(duì)Mn3Cu1-x Gax N的自旋玻璃態(tài)具有破壞作用。分析認(rèn)為Mn3Cu1-x Gax N在低溫下的自旋玻璃行為是由Ga原子在Cu位的隨機(jī)占位引起的原子無(wú)序排列以及晶格中鐵磁交換與反鐵磁交換引起的磁受挫之間相互競(jìng)爭(zhēng)引起的。在Mn基反鈣鈦礦氮化物的A位摻雜具有不同電子結(jié)構(gòu)的原子或制造非化學(xué)計(jì)量比能夠有效地改變材料的本征物性。基于我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從晶格結(jié)構(gòu)與自旋磁性的角度分析了Mn基反鈣鈦礦氮化物的物性變化規(guī)律,從理論上解釋了摻雜或非化學(xué)計(jì)量比對(duì)材料物性改變的物理機(jī)理。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB303

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉樹(shù)理,邢吉柏;16MN離合器式螺旋壓力機(jī)[J];機(jī)械工人;1997年08期

2 莊娜;胡澤明;范眾維;;65Mn高線盤(pán)條的開(kāi)發(fā)[J];金屬世界;2011年02期

3 靳東來(lái);張思源;朱淑彥;;16Mn管材-196℃時(shí)平面應(yīng)變斷裂韌性測(cè)試技術(shù)[J];冶金分析與測(cè)試(冶金物理測(cè)試分冊(cè));1983年06期

4 曹桂馨;王家賢;王志文;琚定一;;16Mn和16MnR疲勞裂紋擴(kuò)展速率[J];化工與通用機(jī)械;1983年01期

5 王家賢,琚定一;超載對(duì)16Mn焊縫區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響[J];石油化工設(shè)備;1985年03期

6 王祝堂;天力鋁業(yè)公司新增一臺(tái)36MN擠壓機(jī)[J];輕合金加工技術(shù);2003年05期

7 俞澤民;劉兆晶;金銓;;65Mn鋼彈簧彈減規(guī)律的研究[J];黑龍江冶金;1995年01期

8 楊良,楊曉紅,姜文,張春輝,黎陽(yáng)明;西南地區(qū)幾種土壤的Mn毒性探討[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù);2000年05期

9 戚濂;浦紹康;殷碧群;賀桂英;;對(duì)16Mn橋梁鋼板斷口中的裂縫分析[J];武鋼技術(shù);1980年04期

10 J.T.Megrath ,朱根福;厚壁C—Mn鋼窄坡口焊縫微觀組織與機(jī)械性能的關(guān)系[J];鍋爐技術(shù);1989年09期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 范興;張楠楠;張曉英;陶長(zhǎng)元;;全濕法工藝制備全固態(tài)Mn基纖維染料敏化太陽(yáng)能電池[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第25分會(huì)：有機(jī)光伏[C];2014年

2 徐國(guó)成;趙熹華;余群峰;;65Mn鋼點(diǎn)焊熔核孕育處理研究[A];第十次全國(guó)焊接會(huì)議論文集（第1冊(cè)）[C];2001年

3 熊征;童康明;桂赤斌;;藥皮Mn、S含量對(duì)焊縫金屬含S量的影響[A];制造業(yè)與未來(lái)中國(guó)——2002年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2002年

4 張希艷;肖志義;巴學(xué)巍;米曉云;臧曉微;;Mn~(2+)激活的紅色長(zhǎng)余輝發(fā)光玻璃的研究[A];2005中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)特種玻璃分會(huì)學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2005年

5 張寧;朱達(dá)明;;予冷形變快速加熱復(fù)合熱處理65Mn鋼的性能與組織[A];西北五省區(qū)第四屆熱處理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（上）[C];1990年

6 溫麗娜;劉媛;劉海靈;王香鳳;謝孟峽;;生物胺與Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)相互作用的光譜學(xué)研究[A];第十七屆全國(guó)分子光譜學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

7 ;Mn摻雜紅色熒光粉的合成及發(fā)光性能的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第11分會(huì)：基礎(chǔ)化學(xué)教育[C];2014年

8 王金利;芮豐;羅慶吉;胡軍;王寶松;;20MN液壓支架試驗(yàn)臺(tái)同步升降控制系統(tǒng)建模研究[A];煤礦安全、高效、潔凈開(kāi)采——機(jī)電一體化新技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

9 孔祥東;李楠;姚靜;竇雪川;趙悅;;22MN快鍛液壓機(jī)快鍛控制特性研究[A];第五屆全國(guó)流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議暨2008年中國(guó)航空學(xué)會(huì)液壓與氣動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

10 孔祥東;竇雪川;姚靜;李楠;趙悅;;基于22MN快鍛液壓機(jī)多模態(tài)控制策略研究[A];第五屆全國(guó)流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議暨2008年中國(guó)航空學(xué)會(huì)液壓與氣動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 解麗娜;西寧特鋼新建20MN快鍛機(jī)項(xiàng)目竣工投產(chǎn)[N];青海日?qǐng)?bào);2008年

2 記者 楊麗英　通訊員 王元生 常銳;國(guó)內(nèi)首套80MN雙柱式快速自由鍛造液壓機(jī)成套設(shè)備通過(guò)鑒定[N];中國(guó)冶金報(bào);2011年

3 記者 陶琳;我國(guó)首條40MN多向模鍛液壓機(jī)生產(chǎn)線投運(yùn)[N];中國(guó)冶金報(bào);2012年

4 薛升波;萊鋼板帶廠破解65Mn鋼帶生產(chǎn)難題實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)產(chǎn)[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2009年

5 ;印度Midhani新建一臺(tái)70MN自由鍛壓機(jī)[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 元泉;Mn基反鈣鈦礦氮化物的磁性與電輸運(yùn)性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 呂靜波;復(fù)合Mn基氧化物超級(jí)電容器電極材料研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

3 馮景昌;60MN水壓機(jī)油控水系統(tǒng)控制特性研究[D];燕山大學(xué);2015年

4 曹義明;稀土過(guò)渡金屬氧化物磁性、磁熱及磁電效應(yīng)研究[D];上海大學(xué);2016年

5 李君;金屬錳酶模型配合物：Mn（Ⅲ）、（Ⅳ）及混合價(jià)多核錳配合物的合成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)研究[D];西北大學(xué);2001年

6 高倩倩;Mn摻雜ZnO室溫鐵磁性及金屬—半導(dǎo)體電致電阻效應(yīng)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

7 冀汝南;可循環(huán)手性Mn（Ⅲ）salen催化劑催化烯烴不對(duì)稱環(huán)氧化反應(yīng)研究[D];南開(kāi)大學(xué);2013年

8 顏小兵;Mn_（12）單分子磁體的功能化探索及MPS_3夾層磁性材料的研究[D];武漢大學(xué);2010年

9 李一倩;La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ)基燃料電池陽(yáng)極的硫中毒再生方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

10 張音;鋰離子電池正極材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2制備改性及電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 萬(wàn)麗娜;鋰離子電池尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正極材的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化[D];華南理工大學(xué);2015年

2 張湘黔;堿性溶液中Na_2S_2O_3對(duì)16Mn與Q235鋼材的腐蝕行為[D];貴州大學(xué);2015年

3 張暉;不同熱處理狀態(tài)下65Mn板試件超聲傳播特性研究[D];東北石油大學(xué);2015年

4 盧春民;三維納米網(wǎng)狀Mn基氧化物的孔徑及其電化學(xué)性能研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

5 梁海龍;面對(duì)營(yíng)銷渠道變革的MN液態(tài)奶營(yíng)銷策略優(yōu)化研究[D];天津大學(xué);2014年

6 張茹;赤霉素緩解Mn~(2+)拮抗草甘膦除草功效的研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

7 楊培磊;鈉離子電池正極材料P2-NaCo_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制備與性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2016年

8 趙麗香;鈉離子電池正極材料P2-Na_(2/3)Fe_(1/2)Mn_(1/2)O_2的合成與電化學(xué)性能研究[D];北京理工大學(xué);2016年

9 鹿豪杰;Mn(salen)/NH-PMO雜化催化劑的制備及催化性能研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2016年

10 程楊;高溫改性底泥對(duì)廢水中Mn~(2+)和Ni~(2+)的吸附機(jī)理研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：2200485