分子磁性材料的设计,合成与表征-材料物理与化学专业论文.docx

华 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II II 摘 要 自从第一个室温分子基磁体出现以来，分子磁体的制备和研究已经在实验上和 理论上引起了极大的兴趣，这是由于与传统的无机金属磁性材料相比，有机分子磁 体材料具有比重轻，结构多样化，易于复合、加工和成型等优点，非常适合作各种 多功能材料。有机分子磁体按照引入的磁性中心不同可分为纯有机磁体化合物、无 机磁体化合物、有机金属与自由基组合的磁体化合物、金属与自由基组合的化合物 等几类。对于金属离子同有机分子配位的分子磁体，金属离子和有机基团对磁矩都 有贡献，但是金属离子是总磁矩的主要来源，而有机基团为磁性中心之间的磁交换 作用提供了超交换途径。 本文利用无机－有机水溶液方法，制备了过渡金属与有机配体―――顺丁烯二 酸 、 反 丁 烯 二 酸 配 位 合 成 的 单 晶 材 料 ,Co2(C4H2O4)2·10H2O ， Mn2(C4H2O4)(2,2’-bipy)2·2H2O ,[Cu(C10H8N2)(C4H2O4)].2(H2O) ,[Cu2(fum)(bpy)4](fum ) ·12H2O。在文中我们利用 X 射线单晶衍射仪对上述四种化合物进行了结构测量及 分析，并利用红外光谱仪，热重分析仪，超导量子干涉仪(SQUID)，电子顺磁共振仪 (EPR)，及其在强磁场下(PFMM)的测量，对其物理性质做了深入透彻的研究。从磁 性的测量结果看出，在这几种化合物中存在着反铁磁耦合相互作用，同时通过理论 拟合得到了较吻合的结果，从而也验证了实验结果，尤其从结构和磁性的关系角度 分析讨论了磁性来源和磁交换通道，并在同类相似结构化合物的磁性质进行比较， 由于有机配体起到了磁性中心之间的桥连作用，且由此决定了总磁矩的强弱，所以 得出结构对磁交换作用起着至关重要的作用，这为设计并合成短途磁通道来提高转 变温度提供了很好的参考价值。 关键词：分子磁体； 晶体结构； 超交换作用； 磁化率； 反铁磁相互作用 III III Abstract Since the discovery of the first room-temperature molecular-based magnetic materials, it has attracted great attention and been widely studied both experimentally and theoretically. The organic magnetic materials have the advantage of the characteristics of structural diversities, low density, and readily processing in contrast to traditional magnetic materials, which fit to design and synthesize some functional material. Due to different kinds of magnetic center, the organic magnetic materials been separated into pure organic magnets, inorganic magnets, hybrid organic–inorganic magnets. For a molecular-based magnet, consisting of magnetic metal ions coordinated with nonmagnetic organic species, both the metal ions and the organic species contribute to the observed magnetism. The metal ions are the source of magnetic moments while the organic species provide superexchange pathways between the magnetic centers. We prepare inorganic magnets using transition metals coordinating with organic ligand,such as fumarate and maleate,for example: Mn2(C4H2O4)(2,2’-bipy)2·2H2O ， [Cu(C10H8N2)(C4H2O4)].2(H2O),Co2(C4H2O4)2·10H2O,[Cu2(fum)(bp