自从1946年Guillaud发现γ<1>-Fe<,4>N具有大的饱和磁矩后，氮化铁化合物引起了众多实验工作者和理论工作者的关注。1972年Kim和Takahashi首次报道了α”－Fe<,16>N<,2>相具有“巨磁矩”后，该类材料成为物理学研究的热点之一。这不仅因为“巨磁矩”现象中蕴藏着深刻的物理内涵，更因为该类材料具有潜在的应用前景。 几十年来，科学家们试图从物理机制和应用角度再现具有高饱和磁化强度的α”-Fe<,16>N<,2>相。直到1989年，Sugita等人成功制备出α"-Fe<,16>N<,2>单晶薄膜，再次掀起了研究Fe-N化合物的热潮。 Fe-N化合物具有优异的磁学性能、强抗氧化性和耐磨性，学者们普遍认为该类材料有望成为新型的磁记录介质。目前国内外除了对Fe-N化合物进行理论研究外，对其制备和磁性也进行了广泛深入的研究，取得了较为丰富的研究成果。在此基础上我们做了如下研究工作。 1、γ<1>-Fe4 N相的合成、结构与磁性 用Fe<,3>O<,4>作为前驱体，通过同步还原氮化的方法制备了γ<1>-Fe<,4> N粒子。并对其磁性和热稳定性进行了系统的研究。其工艺为采用化学共沉淀法合成出纳米级Fe<,3>O<,4>，在合适比例的氨／氢混合气体中，在温度高于500℃时完全转化为γ<1>-Fe<,4>N。700℃氮化后的样品具有饱和磁化强度182emu／g。γ－Fe<,4>N磁谱呈现弛豫共振现象。同步还原氮化的方法制备γ<1>-Fe<,4> N粒子简单易行，γ<,1>-Fe<,4> N粒子性能优异，可大量生产。 用溶胶-凝胶法制备了Fe<,4>N薄膜，并对制备条件、结构和磁性进行了研究。制备了Fe／Fe<,4>N复合纳米线阵列。讨论了铁纳米线氮化过程中的诸因素，取得了初步结果，为进一步研究改善工艺条件从而提高其性能积累了有益的经验。 2、ε-Fe<,3>N相的合成、结构与磁性 用同步还原氮化的方法在适当的条件下合成了单相的ε-Fe<,3>N纳米颗粒，该方法简单有效，并容易控制。由该方法合成的颗粒磁性依赖于合成的条件。当氮化温度升高，饱和磁化强度增加，矫顽力减小。900℃合成ε-Fe<,3>N粒子具有饱和磁化强度170emu／g，热稳定性在空气中可达到450℃，更高温度它们将分解并氧化为Fe<,2>O<,3>。磁谱具有弛豫共振的特征，频率稳定性可达12.8 MHz左右。实验发现可以通过控制氮化温度来控制ε-Fe<,3>N粒子的粒度，从而在一定范围内改变ε-Fe<,3>N粒子磁性能。 Fe纳米线阵列膜在相同条件下氮化，形成了Fe／Fe<,3>N复合纳米线阵列的结构并进行了分析讨论。这一结构既可以在一定范围内调节比饱合磁化强度，又可以提高材料的抗氧化性。 3、高压还原氮化方法合成α”-Fe<,16>N<,2> 我们首次使用高压复合还原氮化的方法成功地制备出常压下很难得到亚稳态的α”-Fe<,16>N<,2>相。 实验结果表明：①混合的Fe-Fe<,4>N样品和核壳结构的Fe／Fe<,4>N样品在高压下均有可能发生相变。当温度在400℃、500℃压力为6GPa时Fe和Fe<,4>N仅仅发生晶粒细化，没有相变；当温度600℃以上6GPa高压时，可使Fe和Fe<,4>N两相之间发生固相反应，产生α”-Fe<,16>N<,2>等新的相。②Fe-Fe<,4>N混合高压法处理样品会发生氧化。③而高压Fe／Fe<,4>N的核壳结构，在600℃加温0.5小时后得到含部分α”-Fe<,16>N<,2>相的铁氮化合物。具有Fe／Fe<,4>N的核壳结构的前躯体在600℃以上加6GPa高压0.5小时后可形成α”-Fe<,16>N<,2>相，且重复性非常好。可见压力、温度和前躯体是合成α”-Fe<,16>N<,2>相的三大关键因数。 4、外磁场下趋磁细菌的成链研究 发现的NMV-1细菌会持续不变地在地磁场的影响下向北游动。混乱地聚集于小水滴的北边缘。加外磁场作用下，水中细菌沿着磁场方向形成长链，有活性的细菌组成的链长度可超过30μm。细菌链的长度与外加磁场有关：磁场愈强；细菌组成的链愈长。透射电子显微镜照片表明，NMV-1胞内有10～15颗Fe<,3>O<,4>磁小体，这些磁小体紧密排列成一行，大致与菌体长轴平行，并且从菌的头部一直排列至其尾部。实验发现细菌链的方位是可以控制的，并且链可以被外场遥控。 借助球形链模型解释了长细菌链的组装机制。结果显示，在外磁场时，NMV-1细菌之间有足够强的相互作用而组装成长的细菌链。细菌细胞膜被胞溶之后，留在基片上的是一个有磁性的纳米颗粒长链。这些磁性纳米链有可能用于纳米磁性器件的基本构件。