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题目:磁性纳米粒子的微结构调控和特性研究

关键词:铁氧体,八面体,宏量制备,磁学性能,微波吸收

  摘要



纳米材料是现代科学技术领域研究与发展的基础,如何制备合成出成分、形貌和结构可控的纳米材料,探讨其结构与特殊性能之间的响应关系,具有极其重要的研究意义和实用价值。近些年来,高容量、高密度、高性能的发展趋势要求材料要不断的向小型化、功能化方向发展,使得纳米材料在微电子工业领域、磁记录存储方面、工业催化剂研究以及光学和生物医药学等领域的广泛应用,逐渐收到了研究者们对磁性纳米材料的越来越广泛的关注和研究。由于尺寸受限和单磁畴机制等原因,尖晶石型的铁磁性纳米粒子与普通磁性材料相比,具有许多优异的,特殊的物理、化学性质,在催化剂生产、锂离子电池阳极材料、微波吸收材料、磁致伸缩材料等方面都有着非常广泛的应用。

本课题的目的在于通过一种简便、可控、高产量、低成本的湿化学合成方法制备出不同形貌结构的磁性纳米材料。论文主要对铁系元素Fe、Ni及其氧化物等磁性纳米材料的制备合成、形貌结构表征、生长机制及其特性进行探究,对所制备的纳米铁酸盐磁性材料进行成分结构表征测试分析,并对其磁学特性、光学和光催化性能、电化学性能、超级电容器性能以及吸波性能进行研究测试,通过不同反应因素的调控,对比不同的尺寸、形貌的样品产物,研究对其性能的影响关系。主要研究内容分为以下几个部分:

1、采用简单的水热合成方法,以九水合硝酸铁、六水合硝酸镍、氢氧化钠为主要原料大量制备获得NiFe2O4八面体纳米单晶、纳米棒以及纳米粒子。XRD、 SEM、TEM图像研究表明所得样品为铁酸镍纯相物质,且为单晶结构,同时解释了其八面体结构的生长机制,并发现了PH值对产物形貌、尺寸和结构的的调控作用规律。磁性测试结果表明,八面体Ni铁氧体具有较低的矫顽力和较高的饱和磁化强度,是一种良好的软磁材料,而尺寸为10nm 左右的球状粒子材料则表现出优异的超顺磁特性。光学性能、电化学性能以及微波吸收性能测试分析结果显示铁酸镍纳米材料可在有机物光催化降解、超级电容器及锂电材料、军用隐形技术方面都有重要的应用价值。

2、在乙二醇体系中,用温和的湿化学合成方法,采用氯化镍为镍源、水合肼作为还原剂,在NaOH提供的碱性环境下制备得一维Ni纳米链状结构以及纳米颗粒、纳米花等多级结构,根据对产物的结构分析,对反应过程中加入还原剂的量的改变以及对溶液PH值等一系列调控研究,提出了相应的生长机理,同时研究了表面活性剂对产物形貌的影响。

3、在水体系中,应用简单的绿色化学液相合成法在室温条件下合成NiPt合金纳米颗粒,对其催化性能进行测试研究。初步探讨不同表面活性剂对Au种子外延生长成凹面结构的生长机制,尝试制得Au@Ni双元磁性材料。这些研究为制备双元异质纳米结构提供了理论依据与实验方法