《Ni/Co摻雜對二氧化錳的微波高介電回響機理研究》是依託大連理工大學,由段玉平擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Ni/Co摻雜對二氧化錳的微波高介電回響機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：段玉平
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二氧化錳的一維隧道晶體結構為異質離子的嵌入摻雜提供了理想的基體。經不同元素摻雜後二氧化錳不斷衍生出新的特性。申請人首次對Ni/Co摻雜態二氧化錳的電磁性能進行了研究，發現摻雜後的二氧化錳復磁導率變化較小，但復介電常數特別是虛部卻顯著增加。基於上述有趣現象，本項目擬通過對Ni/Co摻雜二氧化錳的高介電回響規律研究，明確摻雜態二氧化錳的高介電性能可控制備工藝。具體採用第一性原理，在綜合考慮摻雜位置的多組構型和摻雜離子間耦合狀態的基礎上，計算相對處於基態的穩定摻雜結構，進而計算摻雜後二氧化錳的晶體結構演變、晶格畸變、能帶結構、自旋磁矩和電子態密度分布，結合摻雜後二氧化錳的形貌、復電磁參數和微波反射損耗特性，探究微結構和電磁性能之間的內在關聯，揭示摻雜後二氧化錳的微波損耗機制，最終闡明Ni/Co摻雜二氧化錳的微波高介電回響機理。本項目的研究結果將為高性能和寬頻段的新型微波吸收劑開發奠定理論基礎。
結題摘要
二氧化錳（MnO2）以其優越的物化性質和環境友好等特性，被廣泛套用於電化學、催化劑等領域。而作為典型的富有潛力的介電損耗型吸波材料，其有效吸收頻寬較窄，吸收強度有限，阻礙了其在吸波材料領域的發展套用。離子摻雜作為改善材料微觀結構與性能的有效途徑，在提高材料的電磁學性能方面有著重要貢獻。然而，摻雜作用對MnO2吸波性能的改善機制仍不完善，介電性能的增強原理並不明確。針對上述重要問題，本課題組選取Ni2+、Co2+、Fe3+、Ag+，製備了摻雜態MnO2 ，並系統研究了金屬陽離子摻雜對氧化物晶體結構及形貌的影響，微波損耗性能增強的內在機制。在δ-MnO2製備過程中進行Co2+摻雜，由於Co2+能夠被氧化為Co3+，且Co3+不穩定的原因，產物中會產生α-MnO¬2，隨著摻雜含量的增大，α的含量先增大後減小，生成相由呈銜尾蛇狀。通過對這組樣品進行吸波性能的分析可知，兩相混合的樣品比單獨的純相樣品吸波性能更佳。最佳吸收峰值能達到-54.8 dB，吸收層厚度為2.2 mm時，有效吸收寬度能夠覆蓋整個Ku波段，吸收層厚度為3.1 mm時，能夠覆蓋整個X波段。Ni2+摻雜對MnO2的影響則完全不同。當對δ-MnO2進行Ni2+摻雜時，產物晶型不會受到摻雜離子濃度的影響，且摻雜樣品形貌仍為納米片狀。摻雜後，樣品的復介電常數有顯著提高，產物的介電損耗因子能夠提高80%。同時，研究了Ag+摻雜的α-MnO2，摻雜之後MnO2的晶型未發生明顯變化，仍為納米線狀形貌。樣品的復介電常數大幅度提高，介電損耗角正切能夠達到0.95，顯示出更顯著的介電損耗性能。通過第一性原理計算，從微觀角度明闡明摻雜原子通過增大體系磁矩、減小鍵能兩方面提高MnO2的微波回響。 通過本項目研究，明確了金屬陽離子摻雜態MnO2的製備工藝，揭示了不同類型的摻雜離子對MnO2晶型和形貌的形成規律及內在微觀機制，闡明了MnO2的微波損耗機制和高介電作用機理。本研究對高介電材料的研究提供了新思路。
