《礦物複合材料介電和磁效應研究》是由中國地質大學（北京）、中國科學院理化技術研究所、香港理工大學擔任第一完成單位，張以河、呂鳳柱、佟望舒、李來風、黃海濤、安琪、尚繼武擔任主要完成人的一項科技項目。
基本介紹
- 中文名：礦物複合材料介電和磁效應研究
- 主要完成單位：中國地質大學（北京）、中國科學院理化技術研究所、香港理工大學
- 主要完成人：張以河、呂鳳柱、佟望舒、李來風、黃海濤、安琪、尚繼武
- 等級：二等
- 獲獎序號：20170033
- 獲獎證書編號：KJ2017-2-20
- 獎種：國土資源科學技術獎
項目簡介
自上世紀90年代，納米技術與方法被引入到礦物學研究中，逐漸成為礦物學科的前沿領域和發展方向，從而使礦物學的研究達到了新的水平。在此方面的標誌性研究成果是美國的Paul Calvert教授1996年在Nature上發表關於天然粘土礦物納米結構及其複合效應的研究報導。隨後，美國Cornell大學和日本豐田研究中心等單位陸續報導了蒙脫石礦物的納米結構和複合效應。研究發現，具有納米層狀結構的矽酸鹽礦物插層或剝離後可以明顯改善複合材料力學和阻隔等性能。候選人及時關注到了礦物學與納米科學相結合、礦物的功能性和高分子材料的柔性相結合這一前沿研究方向，對不同結構的礦物納米化並製備系列礦物複合材料。利用化學、物理及材料學相關技術手段，較系統地研究了不同結構礦物的納米複合效應以及在寬溫域和寬頻下的介電性能和磁性能，探討了礦物複合材料在電子、超導絕緣、儲能等領域套用的可行性。
2002至2014年本團隊的主要成員分別在教育部科學技術研究重點項目、中國地質調查項目、863重大項目課題等項目的資助下，首先對層狀、球狀、管狀等納米礦物的結構進行系統分析和改性，進而分別利用蒙脫石、雲母、蛭石等層狀礦物在基體中可以剝離形成納米片，納米片間形成微小電容器，可以限制基體極化等特點；利用中空二氧化矽可以把空氣引入到基體中降低介電常數的特點，通過原位聚合的方法，將礦物的納米效應和基體的柔性相結合，製備了系列低介電複合薄膜，取得了創新性研究成果。通過研究礦物改性效果、在基體中剝離、分散和分布狀態、礦物複合材料在寬溫域和寬頻率下介電性能等，研究相關層狀非金屬礦物的低介電複合效應，為非金屬礦物的高效利用，為微電子行業套用高附加值柔性功能複合材料的製備奠定基礎。另外，通過化學氧化還原法對天然鱗片石墨礦物進行納米化處理，製備石墨烯，通過調節石墨烯以及類水滑石等片狀礦物的剝離程度、礦物與基體的界面、礦物的分布狀態、外加磁場作用下磁性納米片的取向，製備了系列具有高介電常數、低介電損耗、較高擊穿場強且介電性能可在一定範圍內調節的礦物複合材料，為最終製備出介電性能可通過磁場調控的智慧型型礦物複合材料奠定基礎。此外，原創地用朗道唯像理論將固體表面化學鍵收縮這一現象用於解釋納米鐵電材料的尺寸效應。
該項成果，共發表論文32篇，其中國際SCI論文20篇，EI論文11篇，中文核心論文1篇；申請並獲得授權2項發明專利。其中10篇代表性論文，引證頻次368次，SCI他引296次；培養了40餘名碩士和博士研究生。
該項研究成果為利用不同結構的非金屬礦物製備介電和磁性複合材料，最大限度發揮礦物複合效應提供了重要理論依據和技術支持，為礦物資源高效利用與開發實用的電磁功能柔性礦物複合材料做出了積極貢獻。
