线性正磁电阻材料硒化银的制备及其机理研究

论文摘要

非化学计量比的硒化银和碲化银材料（简称硫族银化物材料）在很宽的温度范围内（1K-300K）和超宽的磁场范围内（1mT～55T）具有巨大的线性正磁电阻效应（LMR）,且直到55T的超强磁场下,LMR仍未达到饱和,该材料的奇异磁电阻效应已引起了研究者的广泛关注。本文采用水热合成法和室温-固相合成法制备了硒化银材料,并对其制备工艺和性能进行了一系列研究。同时在四端网络模型基础上提出新的物理模型,即基于准随机分布电阻网络的复合材料镶嵌模型,该模型可定量解释非化学计量比硫族银化物薄膜材料的奇异磁电阻性质。首先,采用水热合成法成功制备了成分均匀,具有多种形貌的正交相硒化银晶体。研究了[OH-]浓度、反应温度、反应时间等因素对产物形貌的影响,并对产物进行结构和形貌分析。研究表明,反应温度和[OH-]浓度是决定产物的关键因素,反应温度低于240℃时,水热反应不完全,在低[OH-]浓度下形成Ag2Se晶核的速度较慢,此时晶核朝不同方向生长,产物为枝晶状晶体,随着[OH-]浓度的增加,晶核出现取向生长,合成的为棒状晶体,当[OH-]浓度较高时,由于水热反应过快,产物中开始出现杂质。其次,采用室温-固相两步合成法制备了均匀致密硒化银块材。先利用室温合成法得到硒化银纳米粉体,然后利用固相合成法将粉体烧制成块材,并对硒化银粉体和块材的结构及形貌进行了分析。研究了不同烧结工艺对制备硒化银块材的影响,结果表明400℃-500℃是硒化银块材的最佳烧结温度,且粉体烧结前在300℃热处理有助于减少块材内部的孔隙。最后,本文针对硫族银化物薄膜材料,根据试验观测资料提出了两相复合材料二维电阻网络模型,不仅可以定量描述非化学计量比硫族银化物薄膜的奇异MR效应,而且还在一定尺度上揭示了相应的微观机制。模型的要点是将薄膜视为若干银金属颗粒镶嵌于硫族化银母体中的两相复合材料,同时将材料的内部结构离散为由四端口的微小电阻元构成的准随机网络,而准随机分布的具体形式由有效复合材料材料模型中的银组分体积分数f所确定。模拟给出了材料的奇异MR效应随磁场和温度的变化规律,与实验定量吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 磁电阻效应研究概述
• 1.2 磁电阻效应的分类及其应用
• 1.3 硫族银化物材料简介及其研究进展
• 1.4 本文研究思路和内容
• 2 硒化银材料的制备及其研究
• 2.1 引言
• 2.2 水热合成法制备硒化银材料
• 2.3 室温-固相合成法制备硒化银材料
• 2.4 本章小结
• 3 非化学计量比硫族银化物材料基于准随机分布网络的复合材料镶嵌模型
• 3.1 引言
• 3.2 基于准随机分布网络的复合材料镶嵌模型的基本要点
• 3.3 准随机电阻网络磁电阻的计算
• 3.4 模型参数的确定
• 3.5 模拟结果
• 3.6 本章小结
• 4 总结与展望
• 4.1 主要研究成果及创新
• 4.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 四端电阻元阻抗矩阵计算
• 附录二 X 分布近似的误差讨论
• 附录三 Y 分布近似的误差讨论
• 附录四 幂指数a 的计算细节
• 附录五 攻读硕士学位期间完成的论文情况