论文总字数：16412字

目 录

目录 1

1 背景知识 3

1.1纳米技术介绍 3

1.2纳米技术和纳米材料的应用和发展 3

1.3纳米材料的发展简史 4

1.4钙钛矿型锰氧化物的历史 4

1.5研究工作的目的和意义 5

2纳米磁性材料的基本概念、样品的制备与表征 6

2.1纳米材料(nano material) 6

2.2纳米材料的分类 6

2.2.1纳米磁性材料 6

2.2.1.1巨磁阻材料 7

2.2.1.2磁记录材料 7

2.2.1.3 纳米微晶软磁材料 9

2.2.1.4 纳米微晶稀土永磁材料 9

2.2.1.5 新型的磁性液体 9

2.3块材的制备 10

2.4表征方法 10

2.4.1 XRD分析 10

3纳米磁性材料的烧结制备和表征 11

3.1纳米磁性材料的制备 11

3.1.1固相反应法进行制备 11

3.2纳米磁性材料的结构表征 21

3.2.1 X射线衍射XRD 22

3.3电磁性质的表征 22

3.3.1电阻率的测量 22

3.3.2磁电阻的测量 23

4结果与分析 24

4.1引言 24

4.2 电阻率的分析 24

4.3 磁电阻的分析 25

5小结 26

参考文献 27

致谢 29

固相反应法制备钙钛矿磁性材料与性能研究

唐鹿峻

Abstract：Nowdays, the study of nanometer material is getting more and more interesting. In this thesis, nanotechnology, nanometer material application and the development are introduced. And the perovskite manganese oxide compound research history is reviewed. The nanometer magnetic material preparation and the properties measurement by solid reaction are studied in this article. The resistivity and magnetic resistance of the materials prepared are measured.Then the analysis to data of （La_0.8Sr_0.2）_1-xMnO₃ is carried on. The relationship between the structure characteristics and the micro structure of the samples is studied.According to the more experimental results in detail, there is the possibility for the further theory work and explores this category of material by the fundamental research.

Key words:perovskite; preparation; performance survey; solid state methods;

1 背景知识

1.1纳米技术介绍

二十世纪以来，纳米技术可以称得上是物理学的一大历史性的进步，带来的影响也是不可预估的，而对纳米技术的研究和纳米材料的发掘也是愈来愈火热。

二十世纪中期，驰名的物理学家费因曼构想出了逐渐减小建造装置的想法，导致人们采取排布原子来制造。人类真正地开始了对独立的纳米粒子来进行讨论是从六十年代起的。而在七十年代末期，德雷克斯勒建立了"纳米科技的研究组"。二十世纪九十年代，在美国的巴尔的摩召开了第一届国际纳米会议，成为了纳米技术诞生的真正标志。    

 纳米，其实是指十亿分之一米（1纳米=10-9米）^[1]。纳米材料其实就是指在大小在0到100纳米范围的材料，根据科学的实验结果考证，如果当这个物质被加工到纳米尺度时，就可能出现一些与其他材料相异的性质，其许多性质也就随之发生非常明显的变化。因此纳米材料就会拥有了与其它的一般材料相不同的卓越性能，它可以非常广泛的应用在电子、医药、航空航天等许许多多的方面，在新材料的研究与应用方面具有了那些其他材料不能比拟的。
     纳米材料通常是被分为了纳米的粉末、纳米的纤维、纳米的膜、纳米的块体以及纳米的相分离液体这五类，其中纳米粉末的研究时间最长并且研究成果是最丰厚的。

1.2纳米技术和纳米材料的应用和发展

我们都了解，当代微电子工业的支柱是微米尺度材料的加工，而纳米技术（包括制备和加工等）和纳米材料即将会成为下一代微电子学工业的砥柱。在纳米技术的发展中，纳米材料是它发展的动力。因为，纳米材料具有许多现代科学技术发展中重要的特质，尤其是其中的纳米材料可以将量子力学效应得到的最好应用的场合之一，可以发掘出许多全新的物理化学现象^[2]。
     在21世纪即将到来的时候，科技的发展与进步会对人类社会具有重大的影响。在新的21世纪中，纳米技术可以称得上是目前科技发展的最重要的分支，它的持续发展会使人类的生活环境变得越来越好。

在未来的20年内,纳米尺度上的巨大发现会带来广阔的的商业应用前景。而现有的硅芯片会被迷你的纳米管元件所代替，纳米陶瓷可以在室温下发生弯曲。甚至是想象中的星际旅行也可能会因为纳米科技的进步而成为现实。这是一场全世界的纳米科技的角逐，也是一个不可多得的机会。

1.3纳米材料的发展简史

其实，大家不知道的是纳米粒子早就已经出现在我们的自然界中，并且已经对于人类以及其它的生命来说产生了巨大的影响，就比如我们非常了解与熟知的动物的筋、皮、骨其实也就是神秘的纳米物质。自从1861年起，人们对于化学之中的胶体（就是纳米体系）开始了初步的研讨，但人们真正地深入地了解与制造纳米晶体却是到了20世纪60年代以后。

H.Gleiter其实算得上是真正意义上制成了第一个纳米材料的人。在1984年，他将6nm的金属粉末压制成块材，然后烧结得到了纳米的微晶体块。他还研究了其内部结构，发现了这个材料具有与其他材料不同的卓越性能。因为纳米级别的颗粒与原子相近，其中的量子隧道效应就会影响到物质的结构和性能。根据实验结果，纳米材料在电、声、磁、光等方面，与一般的材料具有非常大的区别，据此人类便可以运用这些卓越的性能去创造出那些特异的材料。

1.4钙钛矿型锰氧化物的历史

二十世纪九十年代新新的对钙钛矿锰氧化物的研究热潮真正开始于1989年，当时主要在研究钙钛矿型的铜氧化物高温超导体，Kusters等人在Nd_0.5Pb_0.5MnO₃单晶的居里温度附近观察到高达50%的磁电阻，挟当时高温超导研究热潮之威，很多物理学家开始了对这个材料的研火热究。随后，Helmolt等人在5T的磁场下的La_2/3Ba_1/3MnO₃薄膜中观测到了60%的磁电阻，这一伟大的发现甚至超过了多层膜与颗粒膜等材料的巨磁电阻（GMR）很多，这也使得应用磁记录材料成为了现实^[3]。

然而CMR效应的发现真正地推动了这类材料的研究热情与进展。在1994年时，Jin等人在6T磁场下的La_2/3Ca_1/3MnO₃薄膜中观察到了R/]为99.9%的巨磁电阻，其R/RH值可达到127000%。这一数值远远地比多层膜、颗粒膜等材料的巨磁电阻（GMR）高，因此，它被称作了庞磁电阻效应(CMR)。从这以后，人们从多晶钙钛矿锰氧化物中也逐渐发现到了数值非常巨大的庞磁电阻。这类化合物的物理性质通过研究的工作深入进去被慢慢的发掘出来。Asamitsu等人在La_1-xSr_xMnO₃的单晶样品中观测到由于外磁场的出现而使结构发生了改变，就是说在样品中加上了外磁场后，样品就会从正交结构变换成为菱面体结构。Radaelli等人也是通过了同步辐射的X射线的衍射以外的发现了La_1-xCa_xMnO₃等材料会在居里温度T_c附近的晶格热会出现明显的膨胀，发现了在磁相变点的附近，晶格常数会有明显的改变。在(Nd_0.062Sm_0.938) _1/2Sr_1/2MnO₃单晶体中Kuwahara等人观测到巨磁致伸缩。这也就反映出了钙钛矿锰的氧化物之中拥有了磁性和晶格之间的强耦合作用。而在晶格效应的研究方面来说，Hwang等人发现了如果在A位的平均离子的半径的减少会导致居里温度非常明显的下降，而电阻率会增大等一些现象。而在静压的研究中人们发现，如果外加了压力就会引起居里温度的明显升高，电阻率也会随之下降^[4]。而在在反铁磁和自旋玻璃态的样品的研究中，人们发现了磁场会诱导反铁磁跟铁磁，自旋玻璃态跟铁磁态的相变和电荷有序态会崩裂等的特殊现象。实验中也发现了诸如此类的化合物中会出现的特殊Jahn-Teller效应。

最初的工作基本上集中于对掺杂量为x=0.3材料的研究；因为在这一掺杂浓度下材料的居里温度最高。然而，更近的工作已逐渐转向其他掺杂范围，如xlt;0.2或xgt;0.5，在这些范围可以对不同磁性态之间的竞争进行更好地分析。实际上，为了充分了解CMR效应，仅了解材料的金属态性质是不够的，也必须了解与之竞争的其他相。

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