磁性介孔材料的吸波特性調控與透射電子顯微學分析

《磁性介孔材料的吸波特性調控與透射電子顯微學分析》是依託復旦大學，由車仁超擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁性介孔材料的吸波特性調控與透射電子顯微學分析
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：車仁超

項目摘要

按照電磁阻抗漸變的匹配設計，利用結構有序的介孔模板和納米鑄造技術合成新穎的磁性介孔微波吸收材料，特徵為：孔道內部填充鐵磁性金屬納米粒子或納米線、外層再包覆介電常數和磁導率可調的多層介孔氧化物薄膜、吸波頻頻寬且反射衰減強。運用電子全息、電子能量損失譜/高角環型暗場成像、磁圓二向色性、原位加熱透射電鏡實驗等先進的電子顯微學技術，研究多種核殼結構和多層介孔薄膜的的電磁參數匹配組合、介孔牆壁與內部磁性金屬之間界面相的微結構，磁單疇的磁極化強度與疇壁位移行為、比表面貢獻的損耗、加熱相變對上述材料吸波能力的影響規律。解析介孔孔道內部磁性金屬納米顆粒的自旋磁矩，通過解析能量損失譜的近邊精細結構研究介孔孔道與磁性金屬界面區域的元素的價態精細結構和帶間躍遷、低能損失譜對應的介電函式與密度泛函計算，建立物理模型。本申請的基礎為申請者在Adv. Mater.上發表的文章,已被引用155次。

結題摘要

本項目按照電磁阻抗匹配原則設計並製備了一系列新穎的磁性介孔微波吸收材料，優點包括：低密度、多組元、吸波強、頻頻寬。課題最佳化了納米鑄造、層層包覆自組裝和溶劑揮發誘導自組裝的合成工藝參數。其中，海膽狀複合微球吸收劑的吸波能力最強，達-60分貝，且頻寬超過8GHz。強吸波的機理在於把鈷鎳坡莫合金強磁性材料作為磁核提供磁損耗、把氧化物納米片和納米纖維組裝在磁核外表面提供介電損耗，成功構築了三明治狀的多級複合吸波結構。同時，發現了一種準確且易於實現的調節吸波頻率的方法，即只改變雙層碳納米管薄膜鋪排的交叉角就可以敏感地使吸波頻率得到移動，透射電鏡電子全息實驗證實介電極化場的分布與形狀受碳管陣列鋪排方式的影響。結果以通訊作者身份在Advanced Materials發表了2篇論文。課題系統研究了複合介孔材料的結構排布對吸波性能的影響，發現：孔道排列方式、核殼的化學組分、介孔薄膜的厚度和孔道與填充物的界面對複合材料整體的吸波能力有顯著的調控作用。有效的調變策略是退火的溫度、氣氛、前驅物種類形狀等。這部分結果以通訊作者發表了20多篇Journal of Materials Chemistry、ACS Applied Materials Interface和Nanoscale文章。本課題運用特色洛倫茲電鏡分析建立了磁性介孔複合吸波材料的微結構與性能之間的聯繫，取得了一系列突破性進展。透射電鏡中原位加熱實驗表明：以四氧化三鐵為核、以二氧化鋯為殼的磁介孔微球在1200度以下的結構都可以得到很好的保持，外殼的結構完整，有效地保護了核心不被氧化而導致的磁性降低。介孔複合金屬納米粒子在透射電鏡中的原位加熱實驗揭示了奧斯瓦爾德熟化機制與重力勢能在介孔金屬複合體系中的重要作用，表面等離激元能量擴展是金屬顆粒在限域空間中遷移和合併的驅動力，該結果以通訊作者發表在ACS Nano和Appl. Phys. Lett.上。低溫原位電磁場耦合電鏡實驗表明，磁疇可以被多場調製，在合適條件下轉變為拓撲數守恆的圓球狀磁疇，這對於理解吸波機理的損耗提供了直接證據，結果以通訊作者發表在Nature Communication上。課題總共發表SCI論文40多篇（通訊作者且標註了資助號），培養研究生12人以上，在國際國內會議做邀請報告11次。