纳米磁性材料用作催化剂载体

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1、专业综合实验题目：磁性材料用作催化剂载体王玮（副教授）辅导教师__________________________石礼冉学生姓名__________________________0804010204学生学号__________________________082材料物理材料科学与工程学院_______________________________院（部）____________________________专业________________班20111110______年___月___日磁性材料用作催化剂载体神奇的大自然赐予人类的不仅是生存的环境．而且包孕着启迪人类

2、智慧、超越现存人类所认识的无穷的奥妙．人们有意识地制备纳米磁性微粒．也许可追溯到60年代．然而大自然却早已存在多种形式的纳米磁性微粒：生存在沼泽、湖泊、海洋中的趋磁细菌体内就有数十粒串联成球链状的10—2Onm的纳米磁性微粒．在地球磁场的影响下．它们顾沿磁力线的方向寻觅到具有丰富营养物的生存空间；千里迢迢能安全归航的鸽子、具有记忆功能的蜜峰、蝴蝶、高智商的海豚等等均含有引导方向的纳米磁性微粒所构成的磁罗盘至于磁性微粒与生物体神经网络的联系，至今还是神秘的谜．颗粒的磁性，理论上始于20世纪初期发展起来的磁畴理论．铁磁材料．如铁、镍、钴等磁单畴临界尺寸大约处于10nm量级．理论与

3、实验表明：当铁磁微粒处于单畴尺寸时．矫顽力将呈现极大值，因此制与研究纳米微粒的磁性一直是人们十分感兴趣的课题，它不仅是一个基础研究的课题，而且牵涉到高矫顽力永磁材料、磁记录材料的研制和应用．当磁性颗粒尺寸进一步减小时，在一定的温度范围内将呈现类似于顺磁体的超顺磁性．利用超顺磁性，60年代末期研制成磁性液50年代对镍纳米微粒低温磁性的研究，提出了磁宏观量子隧道效应的概念．8O年代以后，在理论与实验两方面，对纳米磁性微粒的磁宏观量子隧道效应开展了研究工作，目前已成为基础研究的重要课题．6O年代非晶态磁性材料的诞生为磁性材料增添了新的一页，也为80年代纳米微晶磁性材料(纳米微晶软磁

4、材料、纳米复合永磁材料)的问世铺平了道路．1988年首先在Fe／Cr多层膜中发现巨磁电阻效应，叩开了新兴的磷电子学的大门，为纳米磁性材料的研究开拓了新领域．本文着重介绍具有实际应用前景的巨磁电阻材料、纳米微晶软磁材料、纳米微晶永磁材料的一些新进展1纳米材料的性质目前人类广泛应用的功能材料和元件，其尺寸远大于电子自由程。当功能材料和元件的尺寸逐渐减小到纳米量级时，其物理长度与电子自由程相当，载流子的输运将呈现显著的量子力学特性，传统的理论和技术已不再适用，需要人们对与低维相关联的量子尺寸效应进行深入的研究。因为量子点材料有大的表面/体积比，致使多数原子位于材料表面，而且由于巨大

5、的表面张力存在，表面原子处于不饱和配位，因而位于高能态，所以纳米材料的物理化学性质明显不同于其它材料，主要表现在以下几个方面：（1）表面效应随着量子点粒径的减小，大部分原子位于量子点的表面，量子点的比表面积随粒径减小而增大。（2）量子尺寸效应由于尺寸减小，超微颗粒的能级间距变为分立能级，如果热能，电场能或磁场能比平均的能级间距还小时，超微颗粒就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。比如半导体量子点晶体颗粒越小，比表面积越大，分布于表面的原子就越多，而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大，其表面束缚能就越高，吸收的光能也越高[5,6]，

6、从而使其吸收带蓝移，荧光发射峰位也相应蓝移。（3）量子隧道效应传统材料的物理尺寸远大于电子自由程，所观测的是群电子输运行为，具有统计平均结果，所描述的性质主要是宏观物理量。当微电子器件进一步细微化时，电子在纳米尺度空间中运动，物理线度与电子自由程具有相当的数量级，电子能级处于分立状态，载流子的输运过程将有明显的波动性，从一个量子阱穿越量子势垒进入另一个量子阱就出现量子隧道效应。（4）磁学性质与常规晶体材料相比，当纳米颗粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态（如Fe3O4），这种超顺磁状源于以下原因：在小尺寸下，各向异性能减小到可与热运动能相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化

7、方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现，不同种类的纳米磁性颗粒出现超顺磁性的临界尺寸不同。（5）吸附纳米颗粒由于有大的比表面积和表面原子配位不足，与体材料比有较强的吸附性，它的吸附性与被吸附物质的性质、溶剂的性质及溶液的性质有关，被吸附物质可以是电解质也可以是非电解质。（6）分散与团聚由于纳米颗粒较高的表面能和颗粒之间较小的库仑力或范德华力，团聚是不可避免的，因此，在量子点的制备过程中，提高分散性是需要解决的问题之一。通常可以采取机械的方法（如超声分散），也可以用化学的方法如加入表面活性