【摘 要】
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L10-FePt是重要的功能材料,具有极高的磁晶各向异性、良好的生物兼容性和优秀的催化活性,但目前无法直接化学合成出粒度均匀、高有序度的L10-FePt纳米粒子,导致其难以实用化。研究发现,在制备时掺杂第三金属元素可制备出具有一定有序度的FePt纳米粒子。要想进一步提高粒子有序度,需要对第三元素促进有序化机理进行深入研究,但由于实验研究的限制,难以揭示掺杂促进有序转变的机理。本研究针对上述问题,使
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L10-FePt是重要的功能材料,具有极高的磁晶各向异性、良好的生物兼容性和优秀的催化活性,但目前无法直接化学合成出粒度均匀、高有序度的L10-FePt纳米粒子,导致其难以实用化。研究发现,在制备时掺杂第三金属元素可制备出具有一定有序度的FePt纳米粒子。要想进一步提高粒子有序度,需要对第三元素促进有序化机理进行深入研究,但由于实验研究的限制,难以揭示掺杂促进有序转变的机理。本研究针对上述问题,使用VASP软件分别对有序和无序FePt中Ag/Cu/Pb掺杂、空位、Ag/Cu/Pb掺杂与空位共存时的情况进行了一系列计算。论文将实验与计算相结合验证了计算模型和参数,研究了掺杂和空位缺陷对FePt合金的结构、形成能、磁性质、电荷分布和有序转变温度等方面的影响。在大量模拟计算的基础上获得了一些有价值的成果,给直接合成L10-FePt纳米粒子以及粒子的实用化提供了理论依据,具有重要的研究意义。论文分别对含Ag/Cu/Pb掺杂且浓度为3.125%和6.25%的FePt进行了计算和分析。研究发现,单掺杂更易取代Fe原子,双掺杂更易取代近邻Fe位;掺杂对饱和磁化强度的影响不大;掺杂可有效降低有序转变温度,且随着掺杂浓度的提升转变温度降低,其中Pb掺杂对有序化的促进作用最强,可将有序转变温度降至701 K。对FePt中只含空位且浓度为3.125%和6.25%进行的计算和分析发现,单空位更易形成在Fe位,双空位更易形成在远邻Fe位;空位可显著促进FePt有序转变,单空位时有序转变温度为1112 K,低于单掺杂;双空位时有序转变温度为759 K,效果显著好于Cu/Ag双掺杂,但稍稍弱于Pb双掺杂。在单掺杂Ag/Cu/Pb的基础上构建了单空位模型,模拟、计算研究表明,Cu、Ag、Pb掺杂均可有效降低FePt体系中的空位形成能,进而诱导空位的形成;掺杂+空位缺陷可大幅降低有序转变温度,Pb+空位缺陷时转变温度最低为683 K,Ag+空位次之为781 K,Cu+空位最高为837 K。综上所述,缺陷的引入使无序和有序体系的形成能均升高,但趋势不同,最终导致二者的形成能差值减小,使相变能垒降低,从而起到降低有序转变温度、促进有序化的作用。空位对有序化的促进作用强于掺杂,掺杂通过降低空位形成能促进空位形成,加速Fe、Pt原子的再排序形成有序相,因此实验制备中采用第三金属元素掺杂是一个有效的手段。
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