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Cr基無稀土永磁納米材料研究取得新進展
2018-06-25 08:00   審核人:

高矯頑力和高磁能積的稀土永磁材料被廣泛應用于磁記錄介質、風力發電及新能源汽車等領域,隨著近期稀土價格的持續升溫和產量控制,新一代無稀土永磁材料的開發與探索勢在必行。近年來人們已設計并制備出Mn基、Fe基及Co基等多種無稀土永磁材料。理論預測,Cr-Te化合物具有大的自旋-軌道耦合作用和低對稱性,滿足永磁材料的設計原則。國際上已有研究小組通過分子束外延方法獲得垂直各向異性的Cr2Te3薄膜,但矯頑力相對較小。

我院王芳教授及其合作者通過高溫有機溶劑法獲得鐵磁Cr2Te3納米棒,通過改變Cr:Te摩爾比可以有效調控其磁學性能,當Cr:Te前驅體摩爾比在1:1.21:1.8時,化學有序的Cr2Te3硬磁相占主導。而在富Cr與富Te合成條件下,化學無序的Cr2Te3軟磁相則會生成。當Cr:Te = 1:1.8時,Cr2Te3硬磁相在5K時矯頑力達到9.6 kOe,飽和磁化強度達到22.7emu/g。這是由于Cr2Te3有序相具有大的磁晶各向異性能,我們已通過第一性原理計算證實這一結果(圖a),但實驗值僅為理論值的1/5,這與Cr2Te3無序相的出現密切相關。研究發現,在該體系中軟磁相與硬磁相共存于同一單晶納米棒中,且耦合程度可通過溫度調控。在低溫時該體系表現為兩相行為,磁滯回線中有明顯臺階;高溫時軟磁與硬磁形成耦合,使回線臺階隨溫度升高逐漸消失(圖b)。該研究成果為Cr基無稀土永磁材料的性能提升提供了重要思路,未來我們將通過元素摻雜繼續提升其飽和磁化強度及其居里溫度等重要性能指標。

相關結果以《Ferromagnetic Cr2Te3 nanorods with ultrahigh coercivity》為題,于2018621日發表在Nanoscale, 2018, 10, 11028-11033 (IF: 7.367),并申請中國發明專利2項。

 

圖:(a) Cr2Te3納米棒及其M-T曲線,(b) 不同測試溫度下Cr2Te3的磁滯回線。

 

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