La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4超导双层薄膜的制备及电学输运性能研究

采用Nd:YAG固体激光器在SrTiO3(STO)衬底上成功制备了具有c轴取向的过掺杂La1.8Sr0.2CuO4和欠掺杂La1.9Sr0.1CuO4超导薄膜。分别对薄膜的晶体结构、电学输运性能进行了研究。通过晶体结构分析表明超导薄膜沿<001>晶向生长,沉积后的薄膜超导转变温度(TC)随着薄膜厚度(20～200 nm)的增加而逐渐升高,显示薄膜由二维特征向三维特征过渡。在双层薄膜La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4结构中,其电学输运性能和所加电场的方向有很大关联,反映出电场的方向影响了超导薄膜中空穴载流子的扩散,进而影响了薄膜的超导转变温度和电学输运性能。     

不同工艺和原料对Mn_(1.2)Fe_(0.8)P_(0.48)Si_(0.52)化合物磁热效应的影响

用不同的工艺和原料制备了3个名义成分相同的Mn1.2Fe0.8P0.48S i0.52化合物。X射线衍射结果表明,3个化合物均为Fe2P型六角结构(空间群为P-62m),并且存在少量的(Fe,Mn)3S i相。通过磁性测量发现,3个样品的居里温度有所不同,但是都在室温附近(270~290 K)。以Fe2P为原料制备的化合物具有较大的磁熵变,在1.5 T的磁场变化下其最大磁熵变为13.6 J.(kg.K)-1。以行星样品球磨机制备的化合物具有较小的热滞,最小热滞为6.7 K。这些表明不同的制备工艺和原料对化合物的居里温度、热滞和磁熵变都具有一定的影响。同时低成本的原料、简单的制备工艺、较小的热滞和较大的磁熵变使得Mn1.2Fe0.8P0.48S i0.52化合物成为一种理想的室温磁致冷候选材料。     

基于数值方法研究双层钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的磁性和磁熵变

采用传统固相反应法制备多晶样品(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7,测量了样品的磁化强度与温度关系曲线(M-T),并且采用数值方法研究了该多晶样品的磁性及磁卡效应。利用正交多项式最小二乘拟合方法对钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的磁化强度曲线M(H,T)进行拟合,再根据拟合的数据计算出样品的Arrott曲线和磁熵变值。研究发现:该样品处于低温时系统呈现铁磁性,而处于高温时系统呈现出顺磁性;当温度在Tc3D≈75 K附近,系统发生了一级相变而且出现较大的磁熵变值,样品在1 T外加磁场下的最大磁熵变值为1.53J·(kg·K)~(-1)。因此,该样品具有在液氢温区实现磁制冷的潜能。计算结果显示,拟合数据和实验数据误差较小,结果比较满意。说明此种方法适用于计算该样品的磁性和磁熵变。     

La1-xCaxMnO3外延薄膜的制备、结构及磁电阻效应

采用溶胶-凝胶旋涂法在单晶LaAlO3 (100)基片上生长了La1-xCaxMnO3(x=0, 0.05, 0.1, 0.2)外延薄膜. 利用X射线衍射仪(XRD)、 原子力显微镜(AFM)、 聚焦离子束系统(FIB)、 X射线光电子能谱分析仪(XPS)、 振动样品磁强计(VSM)和磁性测量系统(MPMS)对样品的结构、 形貌、 价态、 居里温度和磁电阻效应进行了研究. 结果表明, 薄膜为立方钙钛矿结构, 具有明显的(100)外延生长取向和平整的表面. 在居里温度附近, 样品发生铁磁-顺磁转变. 随着Ca2+掺杂量的增加, 样品的居里温度升高, La0.8Ca0.2MnO3的居里温度为264 K. 随温度的变化, 样品发生了金属-绝缘体转变. 样品还具有较大的磁电阻效应, 在H=2.0 T, T=210 K时, La0.95Ca0.05MnO3的磁电阻达到80.9%.     

Dy_3NiSi_2合金磁相变与磁热性能研究

通过对Dy_3NiSi_2合金样品的X射线粉末衍射谱、等温变磁磁化曲线、等磁场变温磁化曲线分析,主要研究了合金的相结构和晶格参数、磁相变属性和磁热性能。X射线衍射谱表明Dy_3NiSi_2样品几乎为Gd_3NiSi_2型正交结构(空间群:Pnma, No.62)的单相合金,其晶格常数分别为a=1.1242(3) nm,b=0.41073(3) nm,c=1.1223(9) nm。在45～300 K温度范围内, Dy_3NiSi_2合金仅展现出铁磁-顺磁相变, 0.01 T磁场下的dM/dT和0～2 T磁场下的Arrott图表明, Dy_3NiSi_2合金的磁相变为居里温度T_c=54 K的铁磁-顺磁二级磁相变。在0～2 T磁场范围内, Dy_3NiSi_2合金居里温度处的最大磁熵变为3.65 J·(kg·K)~(-1),相对制冷量为167.9 J·kg~(-1)。     

稀土簇基金属有机框架的合成、结构及磁学性质

通过溶剂热法合成出了两种稀土簇基金属有机框架材料:{[Ln_7(OH)_8(HOCH_2COO)_8(H_2O)_3]·Cl_5·3H_2O}_n(Ln=Gd(1),Dy(2))。磁性研究表明,化合物1在低温下具有较大的磁热效应,在3 K、7 T时磁熵变值高达44.4 J/(kg·K),化合物2在不加直流场的情况下具有明显的频率依赖性,表明化合物2具有缓慢弛豫的性质。此外,粉末衍射结果发现,化合物1和2具有非常高的化学稳定性,其可稳定存在于pH值1~14的水溶液及沸水中。结果表明,稀土簇基金属有机框架材料在低温磁制冷方面具有潜在的利用价值。     

不同基底对TiO2和SiO2薄膜的光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法分别在K9玻璃、单晶硅和石英玻璃基底上制备了纳米TiO₂和SiO₂薄膜。利用SEM、UV-Vis及反射式椭圆偏振光谱仪对薄膜的微观结构及光学特性进行了表征和分析。结果表明:3种基底中, 单晶硅基底上TiO₂和SiO₂薄膜折射率最大;在非晶态K9玻璃和石英玻璃基底上TiO₂薄膜折射率和透光率差异较大;SiO₂薄膜在非晶态基底上折射率、透光率相近;3种基底上薄膜的折射率和消光系数都有随波长增大而减小的趋势, 同时Cauchy模型能较好的描述单晶硅基底上两种薄膜在400~800 nm波段的光学性能。     

不同基底对TiO2和SiO2薄膜的光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法分别在K9玻璃、单晶硅和石英玻璃基底上制备了纳米TiO₂和SiO₂薄膜。利用SEM、UV-Vis及反射式椭圆偏振光谱仪对薄膜的微观结构及光学特性进行了表征和分析。结果表明：3种基底中, 单晶硅基底上TiO₂和SiO₂薄膜折射率最大;在非晶态K9玻璃和石英玻璃基底上TiO₂薄膜折射率和透光率差异较大;SiO₂薄膜在非晶态基底上折射率、透光率相近;3种基底上薄膜的折射率和消光系数都有随波长增大而减小的趋势, 同时Cauchy模型能较好的描述单晶硅基底上两种薄膜在400~800 nm波段的光学性能。     

多齿席夫碱配体构筑的Ln2Ⅲ配合物的晶体结构及磁性

使用多齿席夫碱配体,通过溶剂热法,设计与合成了3例新的稀土配合物[Ln₂(L)₂(acac)₂(CH₃OH)₂]·2CH₃OH(Ln=Sm(1)、Gd(2)、Ho(3),H₂L=吡啶?2?羧酸?(1?甲基?3?氧代丁烯基)?酰肼),并对配合物1~3的结构与磁性质进行了系统的研究。单晶结构测试结果表明配合物1~3为同构,每个中心稀土Ln(Ⅲ)离子为八配位,其配位几何构型为扭曲的四方反棱柱;相邻的中心稀土Ln??离子通过2个μ₂?O连接形成了平行四边形的[Ln₂O₂]核心。磁性测试揭示配合物2具有磁制冷性质,其最大磁熵变(-ΔS_max)为31.9 J·K^-1·kg^-1(T=2.0 K,ΔH=70 kOe);配合物3表现出了慢磁驰豫行为。     

巡游电子系化合物La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)11.4Si1.6的磁热效应

对制备的化合物La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)11.4Si1.6(x=0.02,0.04,0.06)的相组成、巡游电子变磁转变(IEMT)特性和磁热效应(MCE)进行了研究。粉末X射线衍射结果表明,经1373 K真空退火处理7 d后,化合物La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)11.4Si1.6(x=0.02,0.04,0.06)均为单相立方NaZn13型晶体结构。随着Co含量由x=0.02增加到x=0.06,样品的居里温度TC由207 K上升到277 K。在0~1.5 T磁场变化下,x=0.02,0.04,0.06时样品的最大磁熵变|ΔSM(T)|分别为40.17,12.60和7.65 J.kg-1.K-1,可见该化合物有巨大的磁熵变,而且随Co含量的增加最大磁熵变迅速减小。该化合物的巨大磁熵变来源于TC处的一级相变,以及在TC以上由磁场诱导IEMT,但由于Co原子对Fe原子的替代能够抑制变磁转变的发生,因此该系化合物最大磁熵变随Co含量的增加迅速减小。     

钙钛矿锰氧化物La_(0.875)Eu_(0.025)Sr_(0.1)MnO_3的磁性和磁卡效应研究

多晶样品La_(0.875)Eu_(0.025)Sr_(0.1)MnO_3用传统固相反应法制备得到。X射线衍射仪(XRD)表明样品为纯相。通过测量磁化强度随温度的变化曲线(M-T)、不同温度下磁化强度随磁场的变化曲线(M-H)研究了该多晶样品的磁性及磁卡效应。研究发现:样品在低温部分表现出团簇自旋玻璃的特征,在15～125 K温度范围内表现为铁磁特征;在125～350 K温度范围内表现出预成型团簇相的特征;在350 K以上表现出纯顺磁特征。在居里温度T_C≈119 K附近,系统发生了二级相变而且出现较大的磁熵变值,样品在7 T外加磁场下的最大磁熵变绝对值为2.83J·K~(-1)·kg~(-1),磁制冷效率为427.53 J·kg~(-1)。因此,该样品具有在高温区实现磁制冷的潜能。     

La-Fe基NaZn13型化合物的磁场诱导熵变研究

围绕具有一级磁性相变的La-Fe基NaZn13型化合物的磁场诱导熵变研究,从室温磁制冷目的出发讨论了材料研究和熵变机制。La-Fe-Si在190K附近5T磁场下的熵变值可达29J.kg-1.K-1。用少量Co替代Fe,可以获得室温附近5T磁场下熵变为15J.kg-1.K-1的大熵变材料。这类材料中的熵变主要由磁有序熵变和晶格熵变组成。分析了一级磁性相变体系中磁有序熵变和晶格熵变对总熵变的贡献,并发现大的熵变来源于被晶格贡献抵消后的磁有序熵变。     

引入应力的锐钛矿TiO_2(001)薄膜的外延生长

锐钛矿TiO_2(001)(anataseTiO_2(001),简记为ATO)表面因其优异的催化活性受到了广泛的关注。理论计算结果表明,ATO表面应力导致的晶格畸变可能会增强该表面的催化活性。因此有必要研究应力对ATO表面结构的影响。本文利用BaTiO_3(001)(简记为BTO)与ATO之间存在较大的晶格失配度,将ATO薄膜外延生长在BTO衬底上从而引入应力,研究了存在应力情况下的ATO薄膜的结构特征。实验中,利用脉冲激光沉积方法在Nb掺杂的SrTi O_3(001)(简记为STO)单晶衬底上制备了ATO/BTO/STO外延薄膜。X射线衍射(XRD)和扫描透射电子显微术(STEM)结果表明,作为应力引入层的BTO薄膜厚度约为4–6nm时,能够部分地将应力引入到ATO薄膜中。X射线光电子能谱(XPS)结果显示,ATO薄膜合适的厚度应大于15 nm,从而降低从衬底反向扩散至表面的Sr和Ba原子的浓度;Ti 2p的高分辨XPS谱仅呈现出Ti~(4+)峰,表明ATO表面Ti原子为完全氧化的价态。ATO外延薄膜表面的扫描隧道显微术(STM)图像仍然呈现为(1×4)重构的结构,但在(1×4)重构的脊上存在明暗交替并具有一定周期性的特征。根据完全氧化的"增氧原子模型"(ad-oxygen model,AOM),脊上观察到的明暗交替特征可归因于表面应力导致的"TiO_2"空位缺陷结构。     

La-H化合物对LaMg2Ni合金中Mg2Ni相吸氢过程的影响

采用感应熔炼技术在Ar气氛保护下制备得到LaMg2Ni与Mg2Ni合金。X射线衍射(XRD)图表明LaMg2Ni合金在吸氢过程中分解为LaH3相和Mg2NiH4相,放氢过程中LaH3相转化为La3H7相。与Mg2Ni合金相比,LaMg2Ni合金显示出优良的吸氢动力学性能,这是由于镧氢化合物的存在及其在吸氢过程中所发生的相转变所造成的。LaMg2Ni合金280 s内吸氢即可达到最大储氢量的90%以上,而Mg2Ni合金则需要1200 s才能达到,且在相同温度下LaMg2Ni合金的吸氢反应速率常数大于Mg2Ni合金速率常数。镧氢化合物不仅有利于改善动力学性能,而且可以提高热力学性能。LaMg2Ni合金中的Mg2Ni相氢化反应焓与熵分别为-53.02 kJ.mol-1和84.96 J.K-1.mol-1(H2),这一数值小于单相Mg2Ni氢化反应焓与熵(-64.50 kJ.mol-1,-123.10 J.K-1.mol-1(H2))。压力-组成-温度(P-C-T)测试结果表明在603 K至523 K温度范围内,LaMg2Ni合金储氢容量保持稳定为1.95wt%左右,然而Mg2Ni合金的储氢容量则由4.09wt%衰减为3.13wt%,Mg2Ni合金的储氢容量在523K低温下仅为603 K时的76.5%,表明镧氢化合物能够改善Mg2Ni合金低温下的吸放氢性能。     

Mg2 FeH6 纳米晶的制备及储氢性能

在室温和氩气气氛下, 以MgH2 和纳米Fe为原料, 采用机械合金化(球磨法)制备了Mg2FeH6纳米晶. 考察了球磨参数(时间、 转速)对产物的影响, 对所制备的Mg2FeH6 纳米晶的组成、 结构和形貌进行了表征, 并对其储氢性能进行了测试. 结果表明, 所制备的Mg2FeH6纳米晶为立方结构, 纯度较高(91.4%), 其晶粒尺寸较小, 约为10~30 nm, 但团聚现象较为严重. Mg2FeH6纳米晶具有较低的活化能和较好的吸放氢动力学性能, 其放氢的脱附焓和脱附熵分别为(-42.8±2) kJ/mol和(-72.0±3) J/(mol·K). 在503 K和6 kPa的氢气压力下, Mg2FeH6纳米晶在70 min内放氢量达到2.5%(质量分数); 在2 MPa的氢气压力下, 上述放氢产物具有较快的起始吸氢速率.     

Tb(Co_(1-x)Sn_x)_2合金的结构和磁热效应

通过X射线衍射和磁性测量研究了Tb(Co1-xSnx)2(x=0,0.025,0.050,0.075,0.100)合金的相结构和磁热性能。经分析可知Sn在TbCo2中的替代是有限的,X粉末衍射分析确定TbCo2具有MgCu2结构,其他样品由TbCo2,TbCo3和Tb5Sn3三相组成,TbCo2为主要相。随着Sn成分的增加,杂质相TbCo3和Tb5Sn3的含量增加,所有样品保持第二序磁相变。Sn的替代使磁相变的温度稍微有所提高,样品TbCo2的TC值为230 K,样品Tb(Co0.950Sn0.050)2的TC值为233 K,但Sn的成分继续增加,样品的TC值有所下降。在外加磁场2 T的作用下,样品Tb(Co1-xSnx)2(x=0,0.025,0.050,0.075)最大磁熵变值分别为3.44,2.29,1.64,1.16 J.kg-1.K-1。     

La0.7Ca0.3MnO3薄膜庞磁电阻(CMR)现象的分析

针对La0.7Ca0．3MnO3薄膜材料中磁团簇的特性及其对材料庞磁电阻(CMR)现象的影响进行了研究。根据实验数据，利用Wagner等提出的数学模型，对La0.7Ca0.3MnO3薄膜中的磁团簇随温度的变化行为特性进行了研究；通过对La0.7Ca0．3MnO3薄膜相关实验数据的拟合，发现La0．7Ca0．3MnO3薄膜的居里温度范围应当在245～250K之间，从而进一步缩小了该材料居里温度的误差范围；还通过计算MR随磁团簇总角量子数J的变化，研究了制约和影响MR值的主要因素，发现磁团簇尺寸在La0．7Ca0.3MnO3薄膜的CMR现象中扮演了重要角色。     

Layered manganese 4-phosphonoisophthalates （4-piH4） embedding Mn-O chains with metamagnetism in Mn3（4-piH）2（H2O）3·H2O

Two manganese phosphonates Mn3(4-piH)2(H2O)3·H2O (1) and Mn5(4-piH)2(4-piH2)2(phen)2(H2O)4 (2) (4-piH4 = 4-phosphonoisophthalic acid, phen = 1,10-phenanthroline) have been synthesized under hydrothermal conditions in the presence of organic co-ligand. Both compounds exhibit layer structures but with different topologies. In compound 1, a complicated "ladder-like" chain of {Mn3O3}O2 which contains three- and six-member rings made up of triangular shaped {Mn3O3} trimers is found. The chains are linked by the PO3C groups to form an inorganic layer. The phenyl and protonated carboxylate groups are pendent between the layers with extensive hydrogen bonds. In compound 2, tetramers of {Mn4O6} are connected by the {MnO6} octahedra through corner-sharing to form an infinite chain, which is further bridged by 4-piH3- ligands into a thick hybrid layer. Magnetic measurements reveal that antiferromagnetic interactions are dominant in both compounds. Metamag- netism is observed in compound 1 at low temperature, while no long range ordering is found in compound 2 down to 1.8 K.     

异双核X-M之间的磁耦合交换作用: Keggin型杂多酸衍生物[M(H2O)XW11O39]7-(X=FeⅢ, CoⅢ; M=CoⅡ)的密度泛函研究

采用DFT-BS方法研究异双核的Keggin型杂多酸衍生物[M(H2O)XW11O39]7-(Ⅰ: X=FeⅢ, M=CoⅡ; Ⅱ: X=CoⅢ, M=CoⅡ)的磁耦合作用, 计算得到耦合常数(J)为负值, 表明所研究体系具有反铁磁性; J值大小顺序为|J(Ⅰ)|<|J(Ⅱ)|, 说明磁耦合作用增强; 体系Ⅰ与Ⅱ相比, X由FeⅢ变成CoⅢ, M不变, 桥氧原子Ob和Ob2(O′b2)上的自旋密度增大, 进一步从相关BS态的磁轨道比较得出, 体系Ⅱ中轨道重叠程度大于体系Ⅰ, 结果使X-M之间的反铁磁耦合作用加强.     

四元体系LiNO3-Mg(NO3)2-NH4NO3-H2O相图预测及相关相变储能材料的研究

应用修正的BET热力学模型对Mg(NO3)2-NH4NO3-H2O三元体系和LiNO3-Mg(NO3)2-NH4NO3-H2O四元体系在273～320 K的相图进行预测,并找到一个相变温度较低的四元共晶点Mg(NO3)2.6H2O-LiNO3.3H2O-NH4NO3,其质量百分数组成为:25.5%的硝酸铵,28.4%的硝酸锂,13.8%的硝酸镁和32.3%的水,通过实验对共晶点组成材料的吸放热行为进行测定,发现其熔化温度为286.3 K,且DSC测试其相变热焓为192.7 J.g-1,表明该材料可用作潜在的低温相变储能材料。