液相还原法制备纳米Co-Cu-B合金粉末及其特性研究

论文摘要

目前,已有研究表明Co-Cu-B合金具有良好的巨磁阻效应,这种特性易使器件小型化、廉价化,在传感器和存储器等方面有广阔的应用前景。然而材料界对Co-Cu-B合金粉末磁学性能的研究却尚未见报道。本研究采用液相还原法,以KBH4作还原剂,PVP作分散剂,分别在二价钴、铜硫酸盐的纯水体系和乙醇-水体系下合成了纳米Co-Cu-B合金粉末。在此基础上,以纳米粉末的制备工艺技术和性能研究为重点,探究了分散剂、反应物滴加次序、还原剂浓度、金属盐溶液中合金元素的比例以及反应体系等因素对产物的粒径、形貌、结构及磁学性能的影响。对不同实验条件下获得的产物进行XRD、TEM、SEM、EDS、AES以及VSM测试分析,结果表明:在纯水体系和乙醇-水体系条件下,所获得的Co-Cu-B合金粉末均为纳米尺度的球形质粒;其中的主体成分钴及其合金为非晶态,铜为晶态;产物的磁滞回线均呈窄且狭长的倾斜状。其中乙醇-水体系制备的粉末的分散性较好,颗粒较纯水体系产物细小。就磁学性能而言,相同实验条件下,乙醇-水体系产物的磁学性能较纯水体系产物良好。所制备的纳米Co-Cu-B合金粉末的粒度、晶化程度以及磁学性能均与还原剂的浓度有关。随还原剂浓度的增加,粉末的粒度和晶化程度均有减小的趋势。还原剂浓度较高时所获得的合金粉末的饱和磁化强度相对较大,矫顽力相对较低。随着金属盐溶液中钴盐比例的增加,纳米Co-Cu-B合金粉末产物的非晶态形成趋势增大。金属盐溶液中钴、铜离子比例的变化对产物的结构和磁学性能亦有一定的影响,表现出纳米Co-Cu-B粉末的磁学性能与产物中钴的含量息息相关。本研究发现,通过对制备工艺的优化设计可以获得具有不同磁学性能的纳米Co-Cu-B合金粉末。其中实验条件为“乙醇-水体系,高还原剂浓度和金属盐溶液中钴、铜离子比例”对提高产物中钴的含量,改善颗粒结构和磁学性能的影响作用突出。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 纳米材料与纳米技术
• 1.1.2 纳米材料的性质
• 1.1.3 纳米材料的制备
• 1.1.4 钴系纳米粒子的研究现状
• 1.1.5 液相还原法制备纳米合金粉末的实验原理
• 1.2 本项研究的主要任务、目的及意义
• 1.2.1 本项研究的主要任务
• 1.2.2 本项研究的目的及意义
• 2 本项研究的基本技术路线
• 3 实验内容及方案
• 3.1 实验内容
• 3.2 粉末的制备设备及试剂
• 3.2.1 粉末的制备设备
• 3.2.2 化学试剂
• 3.3 产物的性能测试
• 3.3.1 检测内容
• 3.3.2 检测使用的设备
• 3.4 实验方案
• 3.4.1 分散剂的影响
• 3.4.2 反应溶液滴加次序的影响
• 3.4.3 还原剂浓度的影响
• 2+:Cu²⁺比例的影响'>3.4.4 金属盐溶液中Co²⁺:Cu²⁺比例的影响
• 3.4.5 反应环境体系的影响
• 4 实验结果及分析
• 4.1 粉末状态
• 4.1.1 粉末的分散性
• 4.1.2 粉末的结晶状态
• 4.1.3 粉末的成分
• 4.1.4 粉末的晶化程度
• 4.1.5 粉末的粒度
• 4.2 粉末磁学特性
• 4.2.1 Co-B 合金粉末的磁学特性
• 4.2.2 反应溶液滴加次序对Co-Cu-B 合金粉末磁学特性的影响
• 4.2.3 还原剂浓度对Co-Cu-B 合金粉末磁学特性的影响
• 2+:Cu²⁺对Co-Cu-B 合金粉末磁学特性的影响..'>4.2.4 金属盐溶液中Co²⁺:Cu²⁺对Co-Cu-B 合金粉末磁学特性的影响..
• 4.2.5 反应环境体系对Co-Cu-B 合金粉末磁学特性的影响
• 5 CO-CU-B 与CO-B 合金粉末磁学特性的综合对比分析
• 5.1 铜元素对粉末磁学特性的影响
• 5.2 钴、硼元素对粉末磁学特性的影响
• 5.3 实验条件对粉末磁学特性的影响
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间撰写和发表的论文