一种Ga系MAX相磁性材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米新材料技术领域，本发明专利技术提供了一种Ga系MAX相磁性材料及其制备方法和应用，所述Ga系MAX相磁性材料的分子式表示为M2(Ga1‑

【技术实现步骤摘要】
一种Ga系MAX相磁性材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米新材料
，尤其涉及一种Ga系MAX相磁性材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]MAX相材料是一类三元层状金属陶瓷材料的统称，这类化合物具有统一的化学式M
n+1
AX
n
(n＝1、2或3)，M代表早期过渡金属元素，例如Ti、V、Mo等；A主要为第13或14族的元素，例如Al、Ga、Si等；X表示C和/或N。MAX相材料的晶胞由M
n+1
X
n
单元与A原子面交替堆垛而成，形成近密堆积六方层状结构，其兼具金属和陶瓷特性，展现出了优异的物理、化学、机械、电学等性质。近年来，科学家们一直在理论预测并合成新的MAX相材料，通过掺杂、固溶或取代等手段进一步扩展MAX相的组分及性质。其中，磁性是非常有前景的一个方向，在纳米层状磁性材料中，磁性多层膜间的交换耦合会出现巨磁阻现象，这使得材料在数据存储、磁记录以及电子自旋领域等领域具有巨大的潜在应用。因此，磁性MAX相功能材料的合成及应用将会是未来MAX相材料研究的热点和重点。
[0003]目前已有研究发现，通过合金化、置换等手段可以制备一种或多种磁性元素(Mn、Fe、Co、Ni)占据A位的磁性MAX相材料。这类MAX相材料具有单A层，通过磁性元素和A位元素的面内电子交换耦合产生磁性，但是，其磁性元素的引入同时增加了材料的无序性，致使MAX相结构的稳定性下降而影响应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于提供一种Ga系MAX相磁性材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的MAX相磁性材料的相结构稳定，具有较好的磁学性能。
[0005]本专利技术提供一种Ga系MAX相磁性材料，其分子式为M2(Ga1‑
x
Z
x
)2X，其中M为Mo、Ti、Nb、Ta、V、Cr元素中的任意一种，Z为磁性金属元素，0<x<1，X为C、N的任意一种或组合；
[0006]所述Ga系MAX相磁性材料具有双Ga层分隔MX层的层状结构。
[0007]优选地，所述Z选自Mn、Fe、Co、Ni中的一种或两种以上的组合。
[0008]优选地，所述X为C或C
a
N
b
，其中a+b＝1。
[0009]本专利技术提供的Ga系MAX相磁性材料的通式如下：M2(Ga1‑
x
Z
x
)2X，主体为Ga系MAX相层状结构，在A位固溶磁性金属元素Z
x
(0<x<1)，表现为铁磁特性。在本专利技术中，所述的Ga系MAX相磁性材料具有双Ga层分隔MX层的结构特点，除单一的面内耦合外还会额外提供A层间的面外自旋电子耦合，减少磁性元素的化学无序，从而可以进一步提高MAX相的磁学性能。目前，双A层MAX相磁性材料鲜有报道。本专利技术所述的Ga系双A层MAX相磁性材料的合成和发现，将对拓展MAX相材料家族成员，调控MAX相材料物理、化学性质等方面具有重要意义。
[0010]本专利技术实施例提供前文所述Ga系MAX相磁性材料的制备方法，包括：
[0011]采用分子式为M2Ga2X的MAX纳米材料，与二价磁性金属源物质在MAX相的A位进行置换反应，得到Ga系MAX相磁性材料；
[0012]其中M为Mo、Ti、Nb、Ta、V、Cr元素中的任意一种，X为C、N的任意一种或组合。
[0013]优选地，所述Ga系MAX相磁性材料的制备方法具体包括以下步骤：
[0014]S1)将分子式为M2Ga2X的MAX纳米粉末、二价磁性金属盐和一价无机盐研磨混合，得到混合物；
[0015]S2)将S1)所得混合物置于惰性气氛中高温置换反应，所得反应产物用酸溶液浸泡处理，得到Ga系MAX相磁性材料。
[0016]优选地，所述S1)中的二价磁性金属盐选自MnCl2、FeCl2、CoCl2、NiCl2及其水合物中的一种或者两种以上的组合。
[0017]优选地，所述S1)中的一价无机盐为Na盐和/或K盐，包括NaF、KF、NaCl、KCl、NaBr、KBr、NaI、KI的一种或者两种以上的组合。
[0018]优选地，所述S1)中的MAX纳米粉末与二价磁性金属盐的摩尔比小于等于1：4；MAX纳米粉末与一价无机盐的摩尔比为1：(0～3)。
[0019]优选地，所述S2)中的高温置换反应的温度为400℃～700℃；所述高温置换反应的时间为0.5～12h。
[0020]此外，本专利技术还提供前文所述Ga系MAX相磁性材料在制备电化学催化、储能、吸波或自旋电子器件中的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术实施例优选利用熔盐法，通过二价磁性金属盐置换M2Ga2X中的Ga(镓)，在Ga系MAX相的A位固溶磁性元素，进一步提高了MAX相的磁学性能。本专利技术优选的制备方法简单、可调控，所需合成温度较低、时间较短，对拓展MAX相材料家族成员，调控MAX相材料的物理、化学性质等方面具有重要意义。本专利技术实施例制备的该磁性MAX相材料，在电化学催化、储能、吸波或自旋电子器件等多个领域具有应用前景。
附图说明
[0022]图1为Ga系Mo2Ga2C MAX材料的ZFC和FC图；
[0023]图2为Mo2Ga2C在2K的M
‑
H曲线图；
[0024]图3为本专利技术实施例1中得到的Ga系磁性材料Mo2(Ga1‑
x
Fe
x
)2C和Mo2Ga2C的XRD图；
[0025]图4为本专利技术实施例1中得到的Ga系磁性材料Mo2(Ga1‑
x
Fe
x
)2C的SEM图；
[0026]图5为本专利技术实施例1中得到的Ga系磁性材料Mo2(Ga1‑
x
Fe
x
)2C的SEM EDS图；
[0027]图6为本专利技术实施例1中得到的Ga系磁性材料Mo2(Ga1‑
x
Fe
x
)2C的SEM Mapping图；
[0028]图7为本专利技术实施例1中得到的Ga系磁性材料Mo2(Ga1‑
x
Fe
x
)2C的TEM图；
[0029]图8为本专利技术实施例1中得到的Ga系磁性材料Mo2(Ga1‑
x
Fe
x
)2C的ZFC和FC图；
[0030]图9为本专利技术实施例1中得到的Ga系磁性材料Mo2(Ga1‑
x
Fe
x
)2C在2K的M
‑
H曲线图；
[0031]图10为本专利技术实施例2中得到的Ga系磁性材料Mo2(Ga1‑
x
Ni
x
)2C的SEM Mapping图；
[0032]图11为本专利技术实施例3中得到的G本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ga系MAX相磁性材料，其特征在于，分子式为M2(Ga1‑
x
Z
x
)2X，其中M为Mo、Ti、Nb、Ta、V、Cr元素中的任意一种，Z为磁性金属元素，0<x<1，X为C、N的任意一种或组合；所述Ga系MAX相磁性材料具有双Ga层分隔MX层的层状结构。2.根据权利要求1所述的Ga系MAX相磁性材料，其特征在于，所述Z选自Mn、Fe、Co、Ni中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1或2所述的Ga系MAX相磁性材料，其特征在于，所述X为C或C
a
N
b
，其中a+b＝1。4.权利要求1
‑
3中任一项所述Ga系MAX相磁性材料的制备方法，其特征在于，包括：采用分子式为M2Ga2X的MAX纳米材料，与二价磁性金属源物质在MAX相的A位进行置换反应，得到Ga系MAX相磁性材料；其中M为Mo、Ti、Nb、Ta、V、Cr元素中的任意一种，X为C、N的任意一种或组合。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋礼，王昌达，郭鑫，魏世强，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：