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摘 要

本文主要研究将磁性离子作为替换物，掺杂进水滑石里，并对其进行多种测试，与传统的单纯把磁性基质附在水滑石上形成混合物不同，本文主要探讨和实验掺杂不同磁性离子比例对其磁性和结构的影响，在原有的研学实验的基础上，我们进行了进一步的研究，在镍代替了半数镁的前提下，改变钴离子的比例，将之制成不同离子比例的化合物样品，测量了其结构、表面形貌、X射线衍射图谱、磁学性能等性质，进而得出磁性离子复合的此类材料的物理性能，为其进一步研究做出了重要贡献。

关键词：磁学性能，水滑石类化合物，共沉淀法，磁性离子掺杂

STUDY OF MAGNETIC IONS DOPED HYDROTALCITE-LIKE COMPOUNDS

Abstract:

In this work, hydrotalcite-like compounds Mg_3-xCo_xNi₃Al₂ LDHs with different magnetic ion ratio were prepared and studied. The structure and magnetic properties of the samples were measured.

The crystal structure of the samples were measured by X-ray diffraction. No obvious impurity phase exists in the samples. The surface morphology of the samples was obtained by scanning electron microscopy. The layered-structures were obvious under the microscopy. The magnetic properties of the samples were measured by physical property measurement system. The paramagnetism of the samples can be observed at 300 K. At 5 K, the samples exhibit weak ferromagnetism.

KEY WORDS: magnetic properties, layered double hydroxides, co-precipitation, magnetic ions doping

目录

摘要 I

Abstract: II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 水滑石简介 3

1.3类水滑石化合物结构特征 3

1.4类水滑石化合物的性质 4

1.4.1碱性 4

1.4.2离子的可交换性（层间） 4

1.4.3热稳定性能 4

1.4.4记忆效应 4

1.4.5组成和结构的可调控性 5

1.4.6阻燃性能 5

1.4.7催化性 5

1.5水滑石的用途 5

1.5.1催化剂方面的应用 5

1.5.2水滑石的增透作用 5

1.5.3助留剂 6

1.5.4抗酸药 6

1.5.5水滑石的其他用途 6

1.6水滑石类化合物的制备 7

1.6.1共沉淀法 7

1.6.2水热合成法 7

1.6.3微波辐射法 8

1.6.4离子交换法 8

1.7研究背景 8

第二章 研究方案与记录 10

2.1研究技术路线 10

2.2研究方案的可行性 10

2.3实验步骤 11

2.4实验记录 12

2.5实验仪器 14

2.5.1 XRD分析仪 14

2.5.2 SEM扫描电子显微镜 16

2.5.3 PPMS多功能物理特性测量系统 17

第三章 实验结果与分析 18

3.1 SEM结果分析 18

3.2 XRD结果分析 22

3.3 磁性结果分析 24

第四章 总结 26

参考文献（References） 28

致谢 30

第一章 绪论

1.1 引言

离散纳米结构的自组装或定向组装成组织模式给形成功能材料提供了一种新的路径。外场的利用引起了极大的热议，作为一种强有力的方法来定向组装胶状纳米晶体和纳米粒子来修改材料的机械、光学和电学特性。纳米粒子在场辅助设备下的受控自组装提供了一种非常便捷的方式来制作多功能材料或者不对称、非等轴的装置或者各向异性特性材料，特别使用粒子时，这是对本质上的改变。最近，磁场辅助薄膜已通过利用L10–FePt合金逐层滴加的方式获得，此薄膜表现出磁各向异性和可变铁磁特性。这激励我们进一步挑战更精确的受控薄膜组装，而且要基于纳米量级，这是必不可少的条件对于高度有序的磁纳米结构的微调来说。此外，磁场辅助装配的方法是非常重要的，这对于达到目标磁各向异性的构成以及制造各种各样的定制器件有着直观的影响。LDHS是一大类典型的无机层状材料，化学式可以写成[M^II_1-xM^III_x(OH)₂]^z (A^n-)_z/nyH₂O表示（M^II和M^III分别表示二价和三价的金属离子；A^n-表示层间阴离子拼掉正电荷造成类似水镁石的结构）。这些材料的潜在应用受到很多关注，尤其在催化领域、功能材料、生物和医学。另外，包含磁性过度金属（Fe,Ni,等）的LDH材料也已被合成，其可能被用来作为可持续和回收的催化剂、支撑结构、吸附剂和离子交换剂，仅需在外磁场的帮助下简单操控。和其它磁性粒子相比（Co,Fe, Fe₃O₄,Fe₂O₃等），水滑石表现出特定的分层的二维结构，这给了我们动力去探讨在外磁场辅助下各向异性材料的制造。它可以预期，这样的薄膜拥有一个单畴结构的优势，所有自旋排列在一个方向,同时翻转,从而很大程度上提高了磁各向异性^[1]。

层状双氢氧化物（水滑石）已被广泛研究并用作混合氧化物的前体，其具有多个工艺，制药和催化应用。水滑石化合物可以用化学式[M^II_1-xM^III_x(OH)₂]^z (A^n-)_z/nyH₂O表示（M^II和M^III分别表示二价和三价的金属离子；A^n-表示层间阴离子用于抵消正电荷类似水镁石的结构）。这些化合物作为前体的选择，使得能够实现良好的铁氧化物的分散，例如，形成镁和铝的阵列。变形所涉及到的几个参数合成的过程中，可以让获得的材料具有不同性能，在合成过程中，修改几个所涉及到的参数，可以让获得的材料具有不同性能。加入铁的前体尖晶石材料是引人关注的，其具有强烈依赖他们的磁特性的应用^[2]。

化工分离不是一件容易的事情，磁性基质给我们带来了一种全新的方法^[3]，根据磁力作为动力的方法就这样产生了。此方法有很多的优势，不仅影响可以忽略不计，而且高效，已经受到了大家的广泛注意，如今在生活医疗保健方面已经得到使用。类似磁铁包裹住一样东西，当我们需要的东西和有磁力的东西组合在一起时，我们就可以通过磁场的作用，将其吸出或者排出，从而实现分开的目的。这种想法已经在多个领域得到实现，比如人体有害细胞的去除、监测体内异常区域、生物定向治疗及DNA分离。本小组与加磁性基质使目标组分具有磁性不同，是直接采用离子替代的方法令水滑石类化合物本身带有磁性，使之为纯净物，减小产品污染，以至便于在工业上的应用。

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