稀土单质钆及化合物的制备、结构及物性

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1、摘要论文第一部分研究了纳米稀土Gd单质及化合物的制备、结构与性能。具有纳米结构的稀土元素及其化合物是一类兼具稀土材料特征及纳米材料特征的新型材料。这类材料因其独特的结构和性能而受到研究者的广泛关注，从而成为当前材料科学领域的研究热点。然而，稀土本征的高化学活性在纳米尺度下变得更加明显，由此导致这类材料对制备技术有着苛刻的要求。材料极易因为氧化等过程而发生成分、结构以及性能上的变化。因此，目前对具有纳米结构的稀土元素及其化合物的研究较少。对此，我们采用具有自主知识产权的稀土纳米材料制备技术，以稀土元素钆(Gd)及其化合物为研究对象，成功地制备出多种稀土纳米颗粒

2、及致密纳米晶块体材料。在此基础上对这些材料的结构及物理性能进行了研究，为相关领域今后的研究工作提供了一些重要的基础数据。在惰性气体保护的环境下，采用气体蒸发一冷凝法制备了稀土元素od的纳米颗粒。通过对制备技术中各项重要工艺参数的研究和调整，实现了对生成纳米颗粒产物平均粒径和产率的有效控制。采用TEM、XRD等实验分析手段对所制备的各种纳米颗粒进行了结构表征。发现纳米Gd颗粒同时存在HCP和FCC两种晶体结构。而且随Gd颗粒平均尺寸的增大，面心立方结构的Gd颗粒逐渐减少并最终消失。以平均粒径为15rim的纳米Gd颗粒为原料，采用高压放电等离子烧结技术(简称SP

3、S技术)制备了全致密块体纳米晶C,-d材料。发现随着烧结温度的升高，块体Gd材料依次经历了原始颗粒烧结态一非晶态——非晶、纳米晶混合；长一—纳米晶态的过程。对此，本研究结合SPS烧结机理和对各种状态块体Gd材料的显微组织分析，提出了高压SPS合成纳米晶Gd块体材料的动力学理论模型。同时，发现SPS过程中的压力具有强化密排六方晶体结构的纳米晶Gd的[ooq取向的作用。此外，发现当纳米晶Gd的平均粒度从5纳米以下变大时，材料发生从面心立方到密排六方的晶体结构转变，当达到15纳米时，全部转化为密排六方的晶体结构。通过对纳米晶Gd材料的内禀及技术磁性、电输运特性的研

4、究发现，纳米晶Gd内部存在大量的晶界，而且界面内部Gd原子的间距不同于晶北京工业大学工学博士学位论文内原子间距，从而造成了材料的居里温度降低、饱和磁化强度及原子磁矩下降、磁热效应交小以及电阻显著增大等现象。论文第二部分是稀土Gd系磁制冷材料的研究。室温磁制冷技术因其节能、环保等优点而得到广泛关注，由此以G．ds(SixGel．x)4系金属间化合物为代表磁制冷材料成为相关领域研究热点。但从实用制冷技术来看，单一成分磁制冷材料存在制冷温跨窄的问题。据此，本文首先制备了GdsShCje2合金，研究了原料纯度、制备工艺对其组成结构和磁热性能的影响，制备出了具有良好磁

5、热性能的GdsSi2Ge2合金。并以纯金属Gd和不同成分的Gds(SixGel。山系合金为原料，采用SPS技术成功制备了新型层状复合型室温区实用化磁制冷材料。进一步的显微组织观察发现各复合层组元界面结合良好，无明显成分扩散，同时，复合材料的温跨变宽，材料因而具有良好的实用化制冷性能。关键词纳米颗粒；纳米晶块体；稀土金属；磁热效应：层状复合磁制’玲材料ABs．nULCTThen∞earthelementsandtheircompoundswiltlnlmo-slrueture．whichhavecharacteristicsofbothr撇earthandna

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8、rchOilthenano-stmeturalnlIeearthelementsandtheircompoundsWaSimpededbyhalf；InOUtstudy,anoveltechniqueroutejsusedtopreparednano-particlesandfulldensitybulknano-e131stallineofl3dmebls．Investigationoftla雠materialsOiltheirstructureand蝴icalproperties,whichcouldbeservedasdatabaseinmIatedf

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