強磁場下新型二氧化錳微波磁損耗行為機理研究

《強磁場下新型二氧化錳微波磁損耗行為機理研究》是依託大連理工大學,由段玉平擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：強磁場下新型二氧化錳微波磁損耗行為機理研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：段玉平

項目摘要

二氧化錳由於其優異的物理化學性能在電化學和催化領域有著重要的套用，但其微波吸收性能尚未被開發。本課題組研究發現二氧化錳具有優良的微波介電損耗特性，但其磁損耗性能極弱，低頻吸波性能較差，吸波頻段較窄。在此基礎上，申請人在強磁場作用下製備了新型二氧化錳吸收劑，並發現其磁損耗性能得到顯著增強，吸波頻段大大拓寬。然而，強磁場作用對提高二氧化錳磁損耗特性的影響機理仍是未解之謎！針對上述重要的實驗現象和存在的主要問題，本項目擬對超導強磁場下製備的新型二氧化錳吸收劑的磁損耗行為及相關機理進行系統研究。通過對強磁場下二氧化錳生長過程研究，明確強磁場作用下二氧化錳不同形貌和微結構的形成機制和可控制備工藝，進而研究強磁場作用下二氧化錳的微觀結構和電磁損耗特性之間的內在關係，闡明強磁場作用下二氧化錳磁損耗性能顯著增強的微觀機理。研究結果可以為高性能和寬頻段的新型吸波劑開發提供新思路和理論依據。

結題摘要

二氧化錳由於其優異的物理化學性能在電化學和催化領域有著重要的套用，但其微波吸收性能尚未被開發。本課題組研究發現二氧化錳具有優良的微波介電損耗特性，但其磁損耗性能極弱，低頻吸波性能較差，吸波頻段較窄。在此基礎上，課題組在強磁場作用下及摻雜條件下製備了新型二氧化錳吸收劑，並發現其磁損耗及介電損耗性能得到顯著增強，吸波頻段大大拓寬，然而強磁場及摻雜作用對二氧化錳磁損耗性能的影響機制還不明確，針對上述重要的實驗現象和存在的主要問題，本項目對超導強磁場下及磁性元素摻雜條件下製備的新型二氧化錳吸收劑的微波損耗行為及相關機理進行系統研究。通過對強磁場下和摻雜條件下二氧化錳生長過程進行研究，發現強磁場下製備出的二氧化錳具有海膽球鏈狀形貌，外加強磁場使復介電常數、電損耗正切值及復磁導率的實部均減小，而復磁導率的虛部和磁損耗正切值則明顯增大。 結果表明, Ni/Co摻雜對α-MnO2微波介電特性的影響較為顯著。經過Ni/Co離子摻雜後，α-MnO2的晶相和形貌變化不明顯，均為束狀團聚的納米線，但復介電常數的虛部及介電損耗角正切值均增大，頻響特性明顯。主要介質極化機理歸因於偶極子鬆弛極化，摻雜延遲了鬆弛時間，使得頻響特性明顯。理論計算結果表明O 2p, Mn 3d, 和Ni 3d軌道之間發生雜化，在外場作用下偶極子極化強度和電子極化強度增加，驗證了摻雜後增強的介電損耗特性。 Fe摻雜對MnO2微波介電性能的影響與Ni/Co摻雜完全不同。經過Fe摻雜後，形貌、晶相均受影響，Fe摻雜型二氧化錳的微觀形貌為空心類海膽球狀結構，復介電常數的實部、虛部、介電損耗角正切值均隨著摻雜量的提高而降低。第一性原理計算結果與實驗現象相一致，具體表現為：Fe的摻入增強了MnO2中金屬離子與O所形成的共價鍵的鍵強，能儲存的鍵勢能變大，從而使其電子云對外加電場的回響阻尼變小，最終表現為材料的介電損耗變小；並使得MnO2自旋向上和自旋向下的電子總態密度呈現明顯的不對稱性分布，促進了體系電子態的自旋極化現象，使MnO2出現磁性，表現為試樣磁導率值的增大。 通過本項目的研究，明確了二氧化錳不同形貌和微結構的形成機制和可控制備工藝，同時明確了二氧化錳的微觀結構和電磁損耗特性之間的內在關係，闡明了二氧化錳微波損耗性能顯著增強的微觀機理。研究結果為高性能和寬頻段的新型吸波劑開發提供新思路和理論依據。