[发明专利]一种高纯度立方钙钛矿结构化合物Mn4

说明书

本发明公开了一种具有立方钙钛矿结构的高纯度锰碳二元化合物Mn₄C及其制备方法。与Mn₄N比较稳定不同的是，具有该结构的Mn₄C在常温处于亚稳状态，在高温会分解，因此在实际实验中高纯度Mn₄C的合成从来没有成功过。这导致人们对Mn₄C的物理性能知之甚少。虽然有理论工作对Mn₄C的性能进行了预测，但该预测结果无法用实验验证。在X射线粉末衍射数据库中尚没有Mn₄C的结构参数数据，在锰碳二元相图中也不存在Mn₄C。本发明通过将高纯度锰和碳按照一定的化学计量比例混合熔化冷却，得到较高纯度的Mn₄C化合物,利用磁分离工艺使Mn₄C产物的纯度得到进一步提高，产物的粉末衍射图如图2所示。

技术领域

本发明涉及高纯度磁性化合物及其制备技术领域，特别是涉及一种高纯度亚稳磁性化合物Mn₄C及其合成技术和磁分离纯化技术，以及该化合物在磁性材料磁化强度热力学调控领域的应用。

背景技术

锰碳二元化合物根据制备条件和原子比例不同可以形成多种稳定晶体结构，目前已经报道成功合成的锰碳二元化合物有立方结构的Mn₂₃C₆, 六方或三方结构的Mn₇C₃, 单斜结构的Mn₅C₂, 正交结构的Mn₃C, 六方结构的Mn₁₅C₄。理论研究表明Mn₄C与Mn₄N具有相似的立方钙钛矿晶体结构，如图1所示，但实验发现Mn₄C在常温及高温下都是不稳定的，特别是其在高温分解导致合成困难，历史上有很多Mn₄C合成的努力，但在实验中纯相Mn₄C的合成从未成功过。以往期望获得Mn₄C相的合成实验，通常最终获得的都是在室温下热力学更稳定成分接近Mn₄C的Mn₂₃C₆而不是Mn₄C。 虽然Mn₄C看似是个非常简单的化合物，但其样品难以制备使人们对Mn₄C的合成原理和物理性能知之甚少，甚至在X射线粉末衍射数据库中也没有Mn₄C的结构数据，在锰-碳二元相图中也没有Mn₄C的存在。本发明首次在实验中获得了高纯度Mn₄C，为其相关后续研究和应用开发提供了可能。

材料磁性的热力学调控是磁学研究最有吸引力和应用价值也是最难实现的领域之一。绝大多数物质的饱和磁化强度随着温度的升高而降低，这种由于热扰动导致的磁有序程度下降有很多负面作用，是多数磁性材料在使用过程中必须考虑的问题。例如钕铁硼强磁体性能随着温度升高下降很快，这大大限制了钕铁硼磁体的最高使用温度范围，多数在80摄氏度以下，少数在200摄氏度以下。在磁记录介质中，信息磁性存储比特单元的热稳定性对存储信息的安全性至关重要。在磁盘信息读出头噪音中，由于温度变化导致的磁化强度波动是噪音的主要来源。信息热稳定性和读出噪音是磁存储领域的关键问题。我们通过磁性测试，第一次发现高纯度Mn₄C的饱和磁化强度随着温度的升高线性增加，这种与绝大多数物质不同的热磁行为非常有意义，可以用于克服磁化强度热扰动，补偿传统材料磁化强度随温度升高而下降的问题，为保持磁性材料的热稳定性提供了可能。

发明内容