[发明专利]一种Ga系MAX相磁性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米新材料技术领域，本发明提供了一种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(Ga_1‑xZ_x)₂X，M为Mo、Ti、Nb、Ta、V、Cr元素中的任意一种，Z为磁性金属元素，0x1，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。本发明提供的MAX相磁性材料的相结构稳定，具有较好的磁学性能，在电化学催化、储能、吸波或自旋电子器件中具有潜在应用价值。所述Ga系MAX相磁性材料的制备方法以M₂Ga₂CMAX为原料，通过磁性元素与MAX层间的Ga元素置换反应获得该Ga系磁性材料，方法简单、可调控。

技术领域

本发明属于纳米新材料技术领域，尤其涉及一种Ga系MAX相磁性材料及其制备方法和应用。

背景技术

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+1AX_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+1X_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。

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。

发明内容

本发明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，本发明提供的MAX相磁性材料的相结构稳定，具有较好的磁学性能。

本发明提供一种Ga系MAX相磁性材料，其分子式为M₂(Ga_1-xZ_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，0x1，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。

优选地，所述Z选自Mn、Fe、Co、Ni中的一种或两种以上的组合。

优选地，所述X为C或C_aN_b，其中a+b＝1。

本发明提供的Ga系MAX相磁性材料的通式如下：M₂(Ga_1-xZ_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(0x1)，表现为铁磁特性。在本发明中，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。本发明所述的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。

本发明实施例提供前文所述Ga系MAX相磁性材料的制备方法，包括：