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一、碳管及其与过渡金属合金复合物 碳元素是自然界最普遍的元素之一。长期以来，人们一直认为自然界中碳只以金刚石、无定形碳和石墨这三种同素异形体存在。1991年多壁纳米碳管的发现，立即得到世界物理界、化学界和材料科学界以及高新技术产业部门的广泛关注，在科学界掀起了继C60后对碳纳米材料的又一次研究热潮。纳米碳管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多独特的力学、电磁学和化学等一系列优良性能，使其在电子、生物、材料、化学等领域获得广泛的应用，尤其是磁性纳米碳管作为生物传感器在药物传递治疗疑难病症等领域更具有非凡的用途;另外由于纳米碳管的高表面率、中空的特性，使得其在复合材料领域具有诱人的前景，碳包裹纳米金属粒子是一种新型的纳米复合材料，其性质相对稳定的碳层可以保护金属颗粒不发生物理、化学变化，使其在磁记录、电波屏蔽/吸收、催化剂等方面有广泛的应用前景，因此这一材料在上个世纪九十年代一出现便成为研究的热点。所以一直以来科研工作者广泛研究纳米碳管的制备方法，以期寻求到一种安全简便、能耗少、成本低廉、能大量合成纳米碳管的方法。 本论文在这方面的研究工作以及所取得的成果主要包括两方面: 1.以铁为催化剂，液体苯为碳源，结合溶胶-凝胶和氢气还原，采用化学气相沉积法，无需使用任何像噻吩之类的助长剂和催化剂载体，在较低的温度400℃下原位裂解苯蒸气，成功合成了大量多壁磁性纳米碳管。XRD结果表明产物中含有三个相，分别为石墨碳、α-Fe和Fe3C。虽然反应温度较低，但是从样品的高分辨透射电镜图可以看到纳米碳管产物仍然呈现晶体结构，靠近里壁石墨层的取向比靠近外壁的石墨层更有规则，纳米碳管由多层石墨层组成，层间距为0.34 nm。在这个实验中，我们用40 mg铁氧化物作为催化剂前驱体，其中含铁约为28 mg，在400℃经过6h反应之后所得产物总质量约为905 mg，扣除无定形碳以后碳管的产率为3025％，以苯为碳源在这么低的反应温度下有这么高的产率在以往的文献中未见报导。磁性测量表明，与非磁性金属为催化剂的纳米碳管相比，囊包有铁磁性Fe3C或者α-Fe的纳米碳管具有较高的比饱和磁化强度，室温300K，2T外场下比饱和磁化强度为4.56 emu/g，而且其性能非常稳定。另外研究发现不同的反应温度对纳米碳管的产率及其它性能都有影响。并不是反应温度越高，其产率越高，而是在一定的温度区间反应温度越高，纳米碳管产率越高;形貌上也有变化，纳米碳管外径增大;石墨碳成相更好，且无序碳减少;室温饱和磁化强度略有下降。 2.采用溶胶凝胶结合氢气还原法制备铁镍合金纳米颗粒，采用化学气相沉积法在较低温度430℃-600℃裂解液态苯，成功合成铁镍合金与纳米碳管的复合物、铁钴合金与纳米碳管的复合物、镍钴合金与纳米碳管的复合物。磁性测量表明可以通过调节复合物中铁镍的比例、铁钴的比例、镍钴的比例、合成复合物的温度，改善复合物的磁性能，达到磁性能的最优化。分析复合物的热重曲线发现所用复合物具有较强的抗氧化性，在较高温度下才被氧化，而且复合物性能稳定，我们测量了在空气中放置了平均时长为14个月的几个复合物的XRD和磁滞回线，发现几乎没有变化。另外还发现复合物的形貌与合金的成分、合金中不同金属的比例有关系，铁镍合金、铁钴合金与纳米碳管的复合物形貌基本上是管状物，而镍钴合金与纳米碳管复合物的形貌除了有管状物，还有很多是由石墨圆片堆叠起来的物体，堆叠紧密的像一根棒，堆叠稀疏的类似一根弹簧。 二、单晶锂锰氧化物纳米棒的合成及其磁性研究 纳米材料具有特有的三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，所以纳米材料一直是科学家关注和研究的焦点。纳米材料具有传统块体材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，人们利用由于材料尺寸的纳米化而显现的相关效应，制备了具有多种功能的自旋电子器件。而一维纳米材料作为纳米电子学、纳米传感器和纳米光学等诸多纳米技术的基本构建单元，一直是人们研究的热点，有关纳米材料的各种制备方法也应运而生，且各有千秋。 锂锰氧化物因原料来源广泛，价格低廉，锰安全无毒，材料能量密度高而受到广泛关注，逐渐成为锂离子电池正极材料研究的主要热点，但是一直以来人们更关注它的电化学性能，而对它的磁性能研究却很少。本论文中我们主要尝试采用简单化学合成方法合成纳米单晶锂锰氧化物，并研究其磁性能，以期拓展这种材料的应用领域。我们在这方面的主要成果如下: 采用简单的熔盐法，将硫酸锰加入470℃的熔融的硝酸钠和硝酸锂中，反应半小时，然后对产物进行洗涤烘干，成功制备了锂锰氧样品。通过X射线衍射(XRD)、X射线衍射光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)测量，表明样品为尖晶石相Li4Mn5O12，锰离子为+4价。高分辨电镜及选区衍射显示样品为单晶纳米棒，尺寸均匀，长度约300 nm，宽度约10nm，厚度约为6nm。对单晶Li4Mn5O12纳米棒样品进行了磁性测量，测量结果表明样品在低温时出现了表面自旋无序，表现为类自旋玻璃磁性态，并且我们也观察到了样品在低温下的交换偏置现象，交换偏置场的大小依赖于冷却场的大小，随着冷却场的增加而增强。