鐵磁性金屬納米管的自犧牲模板法組裝及其磁特性研究

《鐵磁性金屬納米管的自犧牲模板法組裝及其磁特性研究》是依託天津大學，由鄧意達擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鐵磁性金屬納米管的自犧牲模板法組裝及其磁特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄧意達
• 依託單位：天津大學

項目摘要

鐵磁性金屬納米管是極具套用前景的一類磁性納米材料。如何獲得形態結構可控的納米管進而研究其結構與磁特性的物理本質關係，是鐵磁性金屬納米管走向套用的關鍵和難點。本項目提出自犧牲模板法組裝納米管的研究思路，從納米管形態結構控制出發，揭示其結構特徵對磁學性能的影響機制，釐清鐵磁性金屬納米管磁特性研究中涉及的材料、物理等關鍵科學問題。通過研究製備鐵磁性金屬納米管的基本工藝路線，掌握控制納米管形態結構的關鍵技術和製備原理；重點研究納米管直徑、管壁厚度、長徑比等結構參數與磁特性的關係，結合實驗結果和模擬計算從理論上分析結構參數對鐵磁性金屬納米管磁化機制、疇壁運動、磁晶各向異性等所起的作用;從微觀層面揭示以鎳為代表的鐵磁性金屬納米管的結構特徵參數對巨觀磁性能影響的物理本質，建立相應的基本理論模型，並以此指導鐵磁性金屬納米管的結構設計，為高性能磁性材料和器件的研究與開發提供科學基礎。

結題摘要

本項目按照預定研究計畫完成，提出採用溶液中生成的金屬氫氧化物為模板，在其表面發生催化還原反應，利用模板在反應過程中發生自分解這一特性，在保留模板形態結構特徵的同時，形成具有空心結構的鐵磁性金屬納米管，並對納米管進行表面改性，重點研究了不同形貌Ni-P納米結構的形成機理和熱處理對Ni-P納米結構成分、相變、性能的影響規律，深入探究鐵磁性金屬納米管成分-結構-物性之間的耦合效應及磁回響特性。在本項目的資助下，圍繞上述研究內容，已發表SCI 論文12篇，申請國家發明專利4項，其中授權專利3項。主要研究結果如下： (1) 研究了水熱法製備α-Ni(OH)2納米線的生長機理，建立了水熱法製備α-Ni(OH)2納米線前驅體生長模型。分析表明：水熱條件下合成α-Ni(OH)2納米線是在低OH-濃度和高純SO42-陰離子環境的雙重條件下晶體沿著(001)方向擇優生長的產物。在此基礎上，利用催化還原法製備Ni-P納米結構，研究表明：通過控制催化還原反應的參數，分別製備得到了外徑約為50~100 nm，內徑約為10~20 nm的Ni-P納米管以及直徑約為50~100 nm，孔道內徑約為10~20 nm的Ni-P穿孔球和直徑約20 nm的Ni-P納米實心球。（2）對不同形貌Ni-P納米結構的靜磁性能和微波吸收性能進行了測試。結果表明：Ni-P納米管在最佳匹配厚度下的RLmin最小，經過熱處理的樣品體現出了鐵磁特性。經過450℃熱處理Ni-P納米管的RL在-10 dB以下的頻寬由熱處理前的0.6 GHz大幅提高到4.5 GHz。熱處理過程中Ni-P納米管會發生相變和結晶特性的轉變，這種轉變能在一定程度上提高納米管的電磁性能，進而提高Ni-P納米管的套用潛力。（3）通過對Ni-P納米管進行表面化學鍍鈷處理，得到了Ni-P/Co納米管，並對改性後產物結構、形貌和成分進行了表征以及靜磁性能和微波吸收性能進行了測試，分析顯示： Ni-P/Co納米管的復介電常數和復磁導率的實部和虛部值在2~18 GHz頻率範圍內均高於Ni-P納米管。當n(Co):n(Ni)比為1:1時，Ni-P/Co納米管在最佳匹配厚度（2.1 mm）時的RLmin可達-60.30 dB，其RL≤-10 dB的頻寬達到5.3 GHz，頻寬比達33.13%，幾乎涵蓋了2~18 GHz頻率範圍內的1/3，即具有極好的套用前景。