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1、钴基纳米结构薄膜的电沉积制备及其应用研究1、相关定义1.1、表面活性剂的定义一切液体,在一定条件下有一定的表面张力,水也不例外。当把某一物质溶于水后,发现水的表面张力发生变化,并且随着溶质浓度的增加而有着不同的变化情况。表面张力随溶质浓度而变化的规律,大致有以下三种类型:第一种类型是水的表面张力随溶质浓度增加而增高,且近于直线上升。例如NaCl、KOH等无机盐类,以及蔗糖等多羟基有机物溶于水时,为此种情况。第二种类型是表面张力随着溶质浓度增加而降低。例如绝大部分醇、醛、酸、脂等有机物溶于水时。第三种类型是开始溶质的浓度很稀时,表面张力急剧下降,至一定浓度后,表
2、面张力的变化不大,甚至在有些情形下,表面张力下降至最低点后,反而缓慢上升。例如,肥皂、以及苯磺酸盐等的水溶液属于此类。如果我们根据物质溶于水后,对水表面张力影响的大小来把化合物分类,则可分为两类:把能显著的降低水的表面张力的物质称为表面活性物质或表面活性剂,它们所具有的这种特殊性质称为表面活性。而能使水的表面张力升高或略微降低的物质,称为非表面活性物质。从广义来说,如果甲物能降低乙物的表面张力,则对乙物来说,甲物是表面活性物质。从分子结构看,所有表面活性剂都有一个共同的特点,即它们的分子都由极性的亲水基和非极性的憎水基两部分所组成。因而表面活性剂是一种两亲分子
3、,这样的分子结构使之一部分溶于水,而另一部分易从水中逃离,所以具有双重性。应该指出,并非所有的表面活性物质的分子中,都具有明显的亲水和亲油两部分。有些表面活性物质的亲油基很小,或分散于亲水基之间,这些物质分子的两亲性可忽略不计,但仍有一定的表面活性。亲水基常见的为羧基、硫酸脂、磺酸基、胺基、季胺基、羟基等,憎水基部分则为长链烷烃和芳香烃为代表的基团,以C8-C18的直链及带支链的烃类为最常见。表面活性剂的分子不对称的两亲结构,使它具有亲水和亲油的双重性质,从而使其溶液呈现出与其他物质的溶液不同的特征。表面活性剂除具有很高的表面活性外,还具有工业生产中所要求的一
4、些特性,如润湿、乳化、增溶、起泡、消泡和洗涤等直接作用,此外还有平滑、抗静电、匀染与固色、润滑、防锈、疏水、杀菌和凝结等间接作用。1.2、铁磁物质的几个基本概念(1)磁感应强度B磁感应强度是描述磁场大小和方向的物理量。物体被磁化后称为磁介质,磁介质的总磁场为外加磁场H和物体被磁化所产生的附加磁场(4πM)之和,这个总磁场即为磁感应强度,用B来表示,B=H+4πM。(2)磁各向异性常数K磁各向异性是一种物质磁性随方向改变的现象,即物质不同方向有不同的磁性。对晶体而言,在不同晶轴方向的磁化难易程度是不同的。这种磁各向异性的强弱用磁各向异性常数来表示。对于立方晶体,
5、磁晶各向异性常数定义为:单位体积的铁磁单晶体沿[111]轴与沿[100]轴饱和磁化所需要的能量差。铁磁体的各向异性尤为突出。(3)磁导率磁导率是表征磁介质被磁化程度的物理量,常用符号μ表示,μ=B/H,即磁感应强度B与磁场强度H的比值。(4)饱和磁化强度Bs磁性材料在外加磁场中被磁化时所能够达到的最大磁化强度叫做饱和磁化强度。(5)矫顽力Hc矫顽力是指在磁性材料已经磁化到磁饱和后,要使其磁化强度减小到零所需外加的磁场大小。人们一般用矫顽力来表征材料在外磁场中被磁化的难易程度。5图1-1磁性物质的磁滞曲线这几个物理量通常表现在磁性物质的磁化曲线上,通过对物质磁滞
6、回线的测试,可以读出以上物理量,从而判断物质磁性的强弱。如图1-1所示。1.3、纳米及纳米科技的定义“纳米”是长度单位,1纳米是1米的十亿分之一(1nm=10-9m)。相当于10个氢原子逐个排起来的长度(原子直径为0.1~0.3nm)。人类的遗传物质DNA的直径小于3nm。纳米科学是研究材料在纳米尺度范围内(0.1~100nm)原子、分子和其他类型物质运动和变化的科学。而纳米技术则是在纳米尺度范畴内对原子、分子等进行操纵和加工的技术。纳米科学技术(Nano-ST)是一门多学科交叉、基础研究与应用开发紧密联系的高新科学技术。当物质小到1~100nm时,由于其量子
7、效应、物质的局域性及巨大的表面反界面效应,使物质的很多性能发生质变[2,3],呈现出许多既不同与宏观物体,也不同于单个孤立原子的特殊现象。纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。1.4、纳米材料的概念纳米材料最初是指颗粒尺度为1~100nm的超微粒子,处于原子团簇和宏观块体材料的过渡区域。目前是指在三维空间中,至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。按其维数可以将纳米材料分为三类:(1)准二维纳米材料(量子阱QuantumWell)指在三维空间中至少有一维是纳米尺度
8、的材料,比如各种薄膜等;(2)准一维纳
