摘 要 摘 要本文由熔化理论推导出玻璃转变模型并应用于铁磁转变中，从而建立一个简单而统一的金属纳米晶体铁磁转变温度的尺寸依赖性模型。该模型没有任何自由参数，很好的预测了Fe，Co，Ni薄膜以及Ni纳米粒子的铁磁转变温度的尺寸依赖性，发现铁磁转变温度会随晶体尺寸的减小而降低，而且模型预测与实验结果和其它理论模型符合的很好。模型也确定了不同维度纳米晶体发生铁磁转变的最小临界尺寸。通过运用热力学的观点，我们讨论了铁磁薄膜的形态与其厚度之间的关系。随着薄膜厚度的减小，将发生二维均匀薄膜向一维岛屿状薄膜的转变。此外，我们发现岛屿状薄膜的临界尺寸D0是远远小于纳米粒子和纳米线，所以薄膜相应的Tc的下降趋势也要比纳米粒子和纳米线明显的多。关键词纳米晶体；铁磁转变；尺寸依赖性Abstract
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 金属纳米材料 1
1.2.1 金属纳米材料的微观效应 1
1.2.2 金属纳米材料的制备方法 2
1.2.3 金属纳米材料的性能与应用 3
1.3 铁磁转变 4
1.3.1 磁性材料 4
1.3.2 纳米材料的磁性 5
1.3.3 铁磁转变 6
1.4 纳米铁磁材料的研究现状 7
1.5 理论背景 7
1.6 本论文研究内容 11
第二章 金属纳米晶体铁磁转变温度的热力学研究 13
2.1 引言 13
2.2 模型 15
2.3 结果与讨论 19
2.4 本章小结 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 引言
纵观这几年，纳米科技蓬勃发展，纳米材料在新材料研究领域的地位日益凸显，成为了科研人员的研究热门。纳米材料（nanometer material），顾名思义，是由纳米量级的粒子组成，其大小一般介于1～100nm。当粒子的尺寸处于1～100nm范围内时，粒子的比表面积（表面积/体积）会随着尺
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072* 
寸的减小而快速变大，从而产生强烈的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应。也正是这些效应的存在，使得纳米材料具备了传统材料所没有的许多奇特性能［1］。
金属纳米材料是20世纪80年代中期开发的一种高新材料，是指在三维空间中至少有一维处于纳米级别的金属材料，包括金属纳米粉末，金属纳米粒子和金属纳米结构材料。如果按维数来区分，可以分为三类：
第一个是零维，也就是说三维尺寸均处于纳米尺寸级别。举例来说，纳米粉体和原子团簇都是零维。其次是一维，相当于有两维尺寸处于纳米量级，如纳米棒、纳米丝之类。最后一个是二维，是在三维空间中，有且仅有一维处于纳米尺寸级别，诸如各种薄膜等等。
金属纳米材料具有许多独特的物理、化学性能，是其本体材料不具备的，而且对发展新材料和改进传统材料有着重要的推进作用。也正因为这些奇异的性能，使得金属纳米材料在声、光、电、磁、热以及生物医药等领域都有着广泛的应用前景，成为当今新材料研究领域中最具活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的新型材料。
1.2 金属纳米材料
1.2.1 金属纳米材料的微观效应
一、表面效应
众所周知，由球的表面积计算公式
可知球形粒子的表面积与半径（直径）的平方成正比例关系，由体积计算公式
可知球形粒子的体积与半径（直径）的立方成正比例关系，因此比表面积是与直径成反比的。也就是说，随着颗粒尺寸的减小，比表面积将随之增大，表面原子所占的百分数也逐渐增大。这时候粒子的表面效应［2］逐渐显现出来，粒子的表面能增加，表面原子活性增加而且极不稳定。也正因为此，粒子表现出不一样的特性，产生一些比较奇特的现象。例如金属纳米粒子在空气中会迅速氧化而燃烧，这时候就需要进行一定的稳定化处理。
量子尺寸效应
研究表明，随着纳米粒子尺寸的减小，甚至比光波波长（可见光）、德布罗意波长（
，h：普朗克常量；p：动量）、超导态的相干长度（ξ）等特征尺寸更小或者相当时，其周期性边界将被破坏，非晶态纳米颗粒的颗粒表面附近原子密度减小，从而使其光、电、声、磁力学等性能呈现出“新奇”的现象，引起材料宏观物理、化学性质（如磁性、热阻、化学活性）的变化，显示出与传统材料的极大差异，这种现象即为小尺寸效应［3］。铜颗粒就是这样的，一旦处于纳米尺度范围内就失去了金属的导电性。材料的能级间距是和原子数N成反比的，所以当粒子尺寸小到一定程度，粒子内含有的原子数N有限，纳米金属Fermi能级附近的电子能级将由连续态分裂成分立能级，此即为纳米粒子的量子尺寸效应［4］。当能级间距大于材料物性的热能、电磁场能、光子能时，会导致量子效应，使得纳米粒子诸多性能如光、热、电性能与宏观材料迥然不同。例如，金属的导电性在超微粒子时可能会消失，从而变成绝缘体。
三、宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。在马的脾脏铁蛋白纳米粒子研究中，我们发现纳米粒子的磁化强度（
）也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这就是纳米粒子的宏观量子隧道效应［5］。举例来说，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作。
1.2.2 金属纳米材料的制备方法
纳米材料的制备是纳米科技的重要组成部分，目前金属纳米材料的制备方法主要有气相法、液相法和机械合金法。
气相法
1984年德国科学家Gleiter用这个方法制备出了第一块纳米结构材料。其原理是在高真空反应室的氦气（He）保护下，加热高纯原料使其汽化，控制汽化速度使蒸发出来的粒子粒度保持在5～15nm范围之间。纳米粒子蒸发后与氦原子碰撞，降低动能，随后冷凝在用液氮冷却的冷凝壁上，在液氮温度下粒子即使相碰也不会长大。通过这个方法已经制备出了纳米晶Pd、Cu、Fe等，优点主要是纯度高，分散性好。
液相法
液相法是目前实验室以及工业上广泛采用合成高纯微粒纳米粉体的方法，原理主要是先选择一种或几种可溶性金属盐类，按所制备的材料的成分计量配制成溶液，使各种元素呈离子态或分子态分布，再加入一种适当的沉淀剂，将离子均匀沉淀或结晶出来，沉淀物或结晶物经过最后的脱水或加热分解处理后制备出纳米粉。用这种方法所制备的纳米粉体组成极为均匀、纯度又高，缺点主要就是溶液中形成的粒子在干燥过程中，团聚程度高，分散性较差。用液相法来制备纳米微粒的工艺相对比较简单，而且我们可以掌控生成的粒子大小。

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