鈷納米錐陣列的製備、結構設計和微波磁性研究

《鈷納米錐陣列的製備、結構設計和微波磁性研究》是依託蘭州大學，由馬飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鈷納米錐陣列的製備、結構設計和微波磁性研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：馬飛
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

鐵磁金屬納米複合材料是微波吸收研究的熱點方向。較高的飽和磁化強度和熱穩定性是鐵磁金屬作為微波吸收劑的優勢所在，但鐵磁金屬的電阻率低不利於阻抗匹配。為此，當採用鐵磁金屬作為吸收劑時，即要考慮其尺寸、形貌、取向等的影響也要兼顧材料的整體結構設計。本項目擬開展對鈷納米錐陣列的製備、結構設計和微波磁性的研究。在完善水熱反應製備鈷納米錐粉體的基礎上，將物理鍍膜技術與晶體生長的化學控制技術相結合，研究鈷納米錐陣列的可控性生長以及微觀結構的設計，使鈷納米錐陣列的尺寸、長徑比、分布密度和空間取向均可由實驗調控。依據鈷納米錐具有的小尺寸效應和形狀各向異性，考察複合材料的矯頑力、剩磁比、複合磁導率，自然共振頻率與材料形貌、分布密度和空間取向的關係。通過複合材料的結構設計使材料具有更好的電磁波阻抗匹配，期望其在較寬的頻帶內實現對微波的有效吸收。

結題摘要

本項目主要研究了磁性金屬納米微粒的形狀控制和微波磁性，系統研究了鈷鎳納米晶須、鈷亞微米線、鎳納米片和鎳納米錐的靜態磁性和複數磁導率與材料成分、形貌、尺寸等的關係。實驗上沒有獲得鈷納米錐陣列，因此我們調整了研究方案將研究重點放在了鐵磁金屬納米粉體上。主要研究成果包括：鈷鎳納米晶須和鈷亞微米線的靜態磁性和微波磁導率的對比研究，發現形狀各向異性影響磁性顆粒的有效各向異性場進而對自然共振頻率有調製作用。鈷鎳納米晶須的矯頑力高達1820 Oe，剩磁比達53%，自然共振頻率達13.2 GHz，以上數值均遠高於鈷亞微米線。顆粒尺寸決定了材料的渦流損耗大小，研究發現鈷鎳納米晶須的複數磁導率由自然共振和渦流損耗共同決定，而鈷亞微米線的複數磁導率則主要取決於渦流損耗。其次，我們研究了磁性納米顆粒在複合材料中的體積濃度對複數磁導率的影響。以鎳納米片和石蠟構成的複合體系為例，研究發現磁性材料的體積濃度影響自然共振峰的位置，隨著鎳納米片體積濃度的降低，顆粒間的偶極相互作用減小，導致有效各向異性場和自然共振頻率升高。另外，鎳納米片的磁譜包含三個共振峰，第一個共振峰歸因於自然共振，後兩個共振峰可歸因於非一致交換共振。隨著鎳納米片體積濃度的降低，三個共振峰的位置更容易分辨。我們還對比了Bruggeman有效介質理論和修正後的有效介質理論用於複合材料的有效磁導率的計算，發現考慮形狀各向異性的修正公式能更好的描述複合材料的磁導率。最後，我們研究了鎳納米錐和納米球的靜態磁性和磁譜，發現鎳納米錐因具有較強的形狀各向異性，使其具有較高的矯頑力和自然共振頻率。採用LLG方程擬合磁譜發現，對於具有形狀各向異性且隨機取向的鎳納米錐顆粒，修正後的LLG方程計算得到的磁譜與實驗結果吻合得更好。總之，通過對本項目的研究，我們明確了磁性金屬納米顆粒的微波磁導率與其尺寸和形貌的關係，為其在高頻下的套用提供了理論指導。