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纳米材料

纳米材料

在纳米磁石中看到的巨型阴性热膨胀

17 Oct 2019 IsabelleDumé.
T7-0001.
在这项工作中研究了纳米粒子的高分辨率TEM图像。礼貌:J Belo

大多数材料在冷却时升温和收缩时膨胀–一种称为正热膨胀(PTE)的现象。然而,在过去的三十年中,越来越多的材料显示出相反的效果 - 即,已经发现了负热膨胀(NTE)。葡萄牙的研究人员和美国表示,他们现在首次在磁性纳米粒子的磁性有序温度上方发现NTE。新发现对于从PTE和NTE材料制作复合材料非常重要,这些材料具有零热膨胀,用于在一系列技术应用中使用。

研究人员,LED JoãoPedroAraújo., 安德烈·佩雷拉joao belo.波尔图大学 发现GD中的NTE效果5SI. 1.3GE2.7 从应用的低温在90和150 k的低温下,从应用的观点来看,在260-340k的室温间隔,更低的磁纳米

Gd.5SI. 1.3GE2.7 属于技术重要的材料家庭 R5SI. x GE4−x (其中r =稀土)。自1997年以来,这些已被广泛研究,当研究人员发现GD中的巨大磁热效应5SI. 2GE2。从那时起,它们也在该化合物中发现了巨大的磁阻,自发产生电压和巨大磁致伸缩。这些效果来自材料中的磁性和结构相之间的耦合,这导致过渡温度的磁性结构转变 T小姐.

在散装形式中,这些材料在铁磁性中显示PTE(T<T小姐)和顺磁州(T>T小姐)。

“好奇的故事”

“我们是一个非常好奇的故事,”贝洛说。 “在以前的纳米级GD实验中5SI. 1.3GE2.7,我们已经获得了同步X射线衍射数据,作为90至340k的温度的函数,在5 k步进间隔中。然而,在这个早期的工作中,我们侧重于试图研究我们完全被忽视的结构过渡,以至于在远离这种转变发生的温度下拍摄的衍射图 - 即低于150 k及以上250 k。

“当我们试图分析和理解这种材料的电阻率与温度曲线的电阻率与温度曲线的负热依赖性,我们决定在这些低温和高温区域的衍射图更仔细观察时,这只是大约两年的时间。那是我们发现NTE并观察到它是如何与电阻率的负热依赖相关的。“

此结果特别有趣,因为没有任何类型的NTE在GD中的报告5(Sige)4 他批量表格的材料,他告诉 物理世界.

压力下的纳米颗粒

研究人员说,这种粒径减少效果来自纳米颗粒的表面压力(它们估计为约11kbar)。

“这种内在的表面压力非常类似于当水滴形成并存在于每个纳米粒子上时会发生什么,”贝洛解释。 “该压力与纳米颗粒的直径成反比,因此我们认为也可以通过对GD的宏观样品施加压力来诱导NTE5SI. 1.3GE2.7。“

该团队希望结果将引发对R的热膨胀研究的重新兴趣5(Sige)4 和磁性纳米颗粒一般。例如,这些材料上的拉曼光谱可以帮助揭示在PTE到NTE转换的晶格振动上发生的变化。

创建具有接近零热膨胀的复合材料

Belo说,与具有接近零热膨胀的复合材料中的基层材料混合的NTE材料特别可用作经过热循环操作的微电子和半导体器件中的温度稳定的热触点。他们可能还可以在精密仪器中找到使用,其中温度变化引起的任何体积变化可能导致它们发生故障。其他可能的应用包括用于各种望远镜和卫星应用中的镜子的光纤和电光传感器和基板材料。

研究人员,报告他们的工作 物理评论B.说,他们现在正在优化它们的过程来合成控制大小的GD5(Sige)4 具有不同组成和Si / Ge比例的纳米颗粒。 “我们还规划了高压同步X-AY衍射实验,以评估尺寸限制和压力如何影响这些材料的原子结构以及这两种效果的原子结构。”

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者