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一维纳米材料的磁性强度和矫顽力分析

【摘要】:图8-14Fe、Co和Ni纳米线的饱和磁化强度与温度的关系[24]注:点线、虚线和实线对应的纳米线直径为5.5、10和27 nm图8-15Fe、Co和Ni纳米线的矫顽力Hc与纳米线直径的关系[24]此外,Gobert、Prados、Mühl、Karmakar等人分别对碳纳米管包覆的Fe纳米线,Zeng等人对Co、Ni纳米线的矫顽力和磁化强度都进行了相关的测量,具体结果可查阅文献[25-30]。

Zeng等人[24]采用模板电镀的方法制备了Fe(bcc结构)、Co(fcc结构和hcp结构)和Ni(fcc结构)的纳米线阵列,纳米线的直径为5.5~27 nm。并采用交变梯度磁强计和超导量子干涉仪测量了这些纳米线的矫顽力、磁黏性系数、热活化容积、饱和磁化强度等磁学参数与纳米线或温度的关系。在这里只列举饱和磁化强度和矫顽力的部分数据,结果如图8-14和图8-15所示。从图8-14可以看到,归一化饱和磁化强度都随温度的增加而下降,而且比体材料下降的速度更快;对于每一种纳米线,随着直径的减小,饱和磁化强度值而随温度增加变小的趋势更为明显,其原因是线的直径越小,表面效应越明显。从矫顽力与纳米线直径的关系中可以发现,Co纳米线的变化趋势基本上是矫顽力随着直径的增加而变小;Fe和Ni纳米线的矫顽力在一定的直径处出现最大值,与纳米粒子磁化强度的变化规律类似。对于这一现象尚无公认一致的解释,用得最多的解释是磁化反转机制(magnetization reversal mechanism):纳米线可被看作无限长圆柱形单磁畴粒子并存在一个临界半径Rc。如果R<Rc,以黏着旋转(coherent rotation)模式产生磁化反转,矫顽力Hc随直径的增加而增大;如果R>Rc,以卷曲(curling)模式产生磁化反转,矫顽力Hc与1/d成线性变化,即矫顽力Hc随直径的增加而减小。

图8-14 Fe、Co和Ni纳米线的饱和磁化强度与温度的关系[24]

注:点线、虚线和实线对应的纳米线直径为5.5、10和27 nm

图8-15 Fe、Co和Ni纳米线的矫顽力Hc与纳米线直径的关系[24]

此外,Gobert、Prados、Mühl、Karmakar等人分别对碳纳米管包覆的Fe纳米线,Zeng等人对Co、Ni纳米线的矫顽力和磁化强度都进行了相关的测量,具体结果可查阅文献[25-30]