新型FePt基纳米复合永磁材料的研究

Controllable Preparation of nanocomposite materials is a frontier research topic in magnetic field. The exchange coupling mechanism between the two phases is also a hotspot in recent years. FePt is chemically stable and has a high coercive force, thus becoming the best choice of hard magnetic phase of nanocomposite. However, the soft phase is concentrated in the ferrite, while the saturation magnetization of it is not high.The proliferation between the two phases has been unresolved. The project select a''-Fe16N2 with ultra-high saturation magnetization as the soft magnetic phase. By using high-temperature solid-phase thermal decomposition process prepared a special structure FCT-FePt @ C @ a''-Fe16N2, between the hard and soft magnetic phase insert a non-magnetic carbon layer. This carbon layer is inserted to avoid the diffusion of the two phases. The special microustructure enable us to more intuitively characterize the relationship between the microstructure and the magnetic domain structure. By studying the saturation magnetization, coercivity, magnetic domain structure to clarify the coercivity mechanism, the impact of interface conditions on the exchange coupling of the nanocomposite materials. The purpose of this project is to provide a theoretical basis for theoretical research of nanocomposite permanent materials, and to develope a new way of preparing nanocomposite materials.

一直以来纳米双相复合材料的可控制备及两相之间的交换耦合作用都是磁学领域研究的前沿课题。化学性质稳定且具有高矫顽力的FePt成为复合材料中硬磁相的最佳选择，然而软磁相的选择却多集中在饱和磁化强度不高的铁氧体，并且两相之间的扩散问题也未能得到解决。本项目采用高温固相热分解法制备的壳核结构的FCT-FePt@C作为硬磁相，选择具有超高饱和磁化强度的a’’-Fe16N2作为软磁相，针对软相包覆过程中环境的PH，气氛，退火温度等因素，探讨a’’-Fe16N2在FePt@C表面包覆的关键因素，制备出软磁性层均匀可控，性能良好的FCT-FePt@C@a’’-Fe16N2。这种两相之间插入碳层的结构避免了两相之间的成分扩散，更有利于研究微观结构与磁畴结构、磁力线分布的关系，为阐明双相纳米复合材料的矫顽力机制、界面条件对交换耦合作用的影响提供了便利。希望通过本项目的研究，为纳米复合永磁材料的研究提供理论依据

磁性纳米颗粒在催化、生物医用、磁记录以及高性能永磁体等领域都具有重要的应用前景。在这些应用以及相关研究中，纳米颗粒的尺寸、形貌对磁性及其相关性能影响至关重要，因此如何探索出一种简便的纳米颗粒的合成方法具有重要的意义。传统液相法制备L10-Fe(Co)Pt（即FCT- Fe(Co)Pt）纳米颗粒，组分和尺寸控制困难，试剂有毒，步骤繁琐，纳米颗粒产量低，急待开发新的纳米颗粒的制备技术。研究组开发了固相条件下制备L10-Fe(Co)Pt纳米颗粒的新技术。相比于液相法，制备L10-Fe(Co)Pt纳米颗粒，固相法具有其独有的优势：步骤简单，只需一步；成分和尺寸控制简便；绿色环保（试剂无毒，无废液产生）。利用该方法可以一步制备出宏量的L10结构的硬磁纳米颗粒，矫顽力达到2.1T。所制备的L10-Fe(Co)Pt纳米颗粒具有高的结晶性、良好的单分散性，EDS测试表明所得产物的成分和原始配比成分基本一致，说明一步固相法能够很好的调控产物的成分。在此基础上制备了L10-Fe(Co)Pt与Fe以及a”-Fe16N2的纳米双相复合结构，使材料的综合磁性能得到了提高。.本项目中通过对L10-Fe(Co)Pt纳米颗粒生长过程的深入研究，阐明了固相条件下纳米颗粒的生长机制。传统液相法合成纳米颗粒普遍认为主要是奥斯特瓦尔德熟化机制，而固相法合成纳米颗粒的过程要经过纳米颗粒团簇阶段，然后多晶团簇颗粒通过重结晶转变为单晶纳米颗粒。这些研究成果让我们进一步认识了纳米颗粒的生长机制，所开发的绿色制备工艺对纳米颗粒合成领域具有重要的借鉴意义。高性能永磁颗粒和软硬磁纳米双相复合颗粒的制备和获得是“自下而上法”制备高性能永磁材料的一个必经阶段。本项目通过固相法制备的L10-Fe(Co)Pt/C与Fe以及a”-Fe16N2的纳米双相复合结构为纳米双相复合永磁材料的发展提供了一个新的有效途径。