摘要
Cr2GaC属于三元层状材料MAX相的一种，MAX相材料是一类三元层状碳化物或者氮化物的总称，化学通式为Mn+1AXn(n=1,2,3)。其中M代表早期过渡金属，A代表着第三或第四主族中的部分元素，X则是N或者C元素，MAX相特殊的晶体结构及化学键种类使其兼具有陶瓷和金属的优异性能。通过固溶单质Mn原子，可以获得具有磁性能的MAX相固溶体(Cr2-xMnx)GaC，是数据存储、磁记录以及自旋电子学等磁学领域的理想应用材料。本文以无压烧结的合成方式分别制备了MAX相Cr2GaC和固溶体(Cr2-xMnx)GaC，并对掺杂前后两种材料的形貌结构及磁性能和电性能进行研究。 本研究以Cr粉、C粉和金属Ga为原料，采用无压烧结的方式合成MAX相Cr2GaC，研究了合成温度和保温时间对烧结产物物相的影响。结果表明产物中Cr2GaC的纯度会随着反应温度以及保温时间的增加而逐渐增高，在1050℃条件下保温2h即可得到几乎纯净的MAX相Cr2GaC，烧结产物Cr2GaC的晶格参数a=b=2.560?，c=12.126?。在此基础上，以Cr粉、C粉、Mn粉和金属Ga为原料，采用无压真空烧结的方式合成了MAX相固溶体(Cr2-xMnx)GaC。相比于Cr2GaC，合成(Cr2-xMnx)GaC所需的反应时间更长，在1050℃条件下保温24h后反应才能完全进行。Mn在原料中的加入量对(Cr2-xMnx)GaC的合成有着重要影响，在Mn含量x≤0.4时，Mn的成功固溶量会随着x的增大而逐渐增加；在x=0.4时，固溶量最大，XRD图谱偏移效果最为明显；在x超过0.4后则会随之逐渐降低，直至无法产生固溶。Mn的掺杂没有改变Cr2GaC的微观形貌和晶体结构，但其晶面间距及晶格参数值会有略微降低。 通过表征掺杂前后(Cr2-xMnx)GaC样品的磁性能，发现Mn的掺杂导致了Cr2GaC由反铁磁体(AFM)向铁磁体(FM)的转变，掺杂后的(Cr2-xMnx)GaC样品具有低温磁性能，居里温度在100K附近。以x=0.4的样品为例，在10K温度条件下，(Cr1.6Mn0.4)GaC的矫顽力Hc值为35Oe，剩余磁感应强度Br为0.1emu/g，属于一种低温软磁性材料。掺杂Mn原子后的(Cr2-xMnx)GaC样品具有良好的电循环特性，x=0、0.2、0.4和0.6四个电极样品的质量比电容分别为11.33F/g、11.07F/g、10.46F/g和9.41F/g，Mn的固溶会降低Cr2GaC的电容特性，但其电导率会有所增大。
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