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纳米晶形状记忆材料(磁控,温控)具有响应频率快和输出应变大的优点,且处在纳米量级,已成为新一代微型驱动器和传感器的关键材料,在智能结构领域中一身可兼传感和执行双重功能,是一类难得的新型功能材料。
本论文调研了前人的工作,选择了Co和Co基合金纳米线作为研究对象,出于Co 基合金存在从面心立方(fcc)到密排六方(hcp)的马氏体相变,其奥氏体和马列氏体界面完全共格,层错能低,马氏体相变的驱动力小,易产生应变输出实现形状记忆效应。本文在样品制备,磁性分析,相变机理研究等方面做了一些研究工作,主要包括以下两个方面:
(1)Co纳米线的研究
采用阳极氧化铝(AAO)模板,制备出直径20nm,长为几个微米的Co纳米线,山于Co存在fcc和hcp两种晶体结构,采用不同的钴盐溶液沉积出不同结构的Co纳米线,醋酸钴溶液制备出的Co纳米线是hcp的单稳定相,而采用硫酸钴溶液制备出的Co纳米线是fcc和hcp的两相共存,分析了亚稳fcc相的成因。磁性测量发现fcc相比hcp相有更好的磁学性能。由于常温下Co能够获得亚稳fcc相将利于马氏体相变,所以我们采取降低PH值,提高交流沉积频率,改变沉积时间等方法,期望获得较为纯净的fcc相Co结构,得到一系列初步的相转变规律。同时,通过退火处理提高了纳米线的磁性能,并在550℃时达到最佳。
(2)CoPb纳米线的研究
采用电化学沉积的方法在氧化铝孔洞中制备了直径为25nm的Co<,50>Pb<,50>纳米线阵列。磁性测量发现500℃退火后的样品的磁性能得到改善,由于Pb的熔点较低,在退火过程中Pb处于熔解状念,以单磁畴的方式存在的Co颗粒在Pb的“溶液”中转动,并排列一致均匀。当退火温度降低后,Pb变成固体,平行排列的Co磁矩被镶嵌住,其取向沿着平行纳米线方向,因而纳米线的矫顽力和矩形度比退火前得以提高。XRD分析得出退火过程中Co经历马氏体相变和逆相变,处于熔解状态的Pb使得相变中产生的内应力容易释放,马氏体的可逆相变容易进行。用HRTEM观察到了马氏体片的厚度在0.4-2nm左右。马氏体片的厚度与马氏体相变和逆相变的难易有关。马氏体片越薄,层错能越低,相变驱动力越小,马氏体相变及逆相变越易进行,形状记忆效应越好。
由于CoNi合金比Co有更小的层错能和驱动力,马氏体相变更容易,因此在CoPb纳米线的基础上,研究了Co<,x>Ni<,l-x>Pb<,50>纳米线,稳定Pb的含量为50at.%,发现随着Co含量的增加,纳米线磁性能也越好,退火后得到了类似的规律,进一步的工作还在继续中。