多鐵性金屬有機骨架材料鐵彈性及力磁電耦合效應研究

《多鐵性金屬有機骨架材料鐵彈性及力磁電耦合效應研究》是依託武漢理工大學，由張志英擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多鐵性金屬有機骨架材料鐵彈性及力磁電耦合效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張志英
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

力磁電耦合效應是多鐵性材料領域的前沿和熱點研究問題之一。本項目提出通過外加磁場的共振超音波譜法和動態機械分析法研究不同磁場強度（0 - 5 T）高頻 (0.1 - 1.5 MHz) 低應力應變及低頻（0.1 – 100 Hz）高應力應變條件下多鐵性金屬有機骨架材料在超低溫至室溫(5 - 300 K) 範圍內彈性性能與鐵彈、鐵磁與鐵電轉變的內在關係及力磁電耦合效應。探究磁場強度和頻率作用機制，揭示結構轉變、磁性轉變和氫鍵無序-有序轉變規律及力磁電耦合強弱。另外，通過X射線衍射法研究低溫至室溫（150 - 300 K）範圍內的相結構，利用晶格參數變化，基於朗道理論，分析力磁電耦合效應。通過本項目的研究可以豐富力磁電耦合研究體系與內容，結合磁場、頻率的影響、彈性性能及結構研究，進一步揭示力磁電耦合效應的規律，為發展高溫單相具有強力磁電耦合效應及優良機械性能的多鐵性材料提供重要的理論和實驗依據。

結題摘要

力磁電耦合效應是多鐵性材料領域的前沿和熱點研究問題之一。本項目通過擴散法和溶劑熱法製備了金屬有機骨架材料[(CH3)2NH2][M(HCOO)3] (M=Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Zn)和[NH4][M(HCOO)3] (M=Mg, Mn, Co, Ni, Zn)。通過室溫下的粉末X-射線衍射（XRD）確定了其結構，利用紅外和拉曼光譜分析了官能團的振動,採用掃描電鏡和透射電鏡分析了形貌。利用差示掃描量熱法分析了130-300 K範圍內的熱學性能，確定了鐵電轉變溫度約為152-264 K。通過磁性性能測試系統研究了2-300 K範圍內的磁性性能，確定了磁性轉變溫度約為8-38 K。利用變溫XRD研究了5-300 K 範圍內的結構變化。利用動態機械分析法研究了低頻（0.5-10 Hz）高應力應變條件下130-300 K範圍內儲能模量、損耗模量和損耗因子隨溫度的變化，在鐵電轉變溫度附近儲能模量出現拐點，損耗模量和損耗因子出現峰值。在鐵電轉變溫度附近出現明顯的彈性異常和較大的能量衰減，表明鐵彈性和鐵電性之間具有明顯的耦合效應。採用共振超音波譜法研究了高頻（0.1-1.4 MHz）低應力應變條件下5-300 K範圍內彈性性能和能量衰減隨溫度的變化，在磁性轉變溫度和鐵電轉變溫度附近出現明顯的彈性異常和較大的能量衰減，表明鐵彈性與鐵磁性及鐵電性之間具有較強的耦合效應。通過本項目的研究豐富了力磁電耦合研究體系與內容，進一步揭示了力磁電耦合效應的規律，為發展高溫單相具有強力磁電耦合效應及優良機械性能的多鐵性材料提供了重要的理論和實驗依據。