鈷-氧化物納米復合材料的微結(jié)構(gòu)及磁性與微波磁性研究.pdf

1、由于特殊的微結(jié)構(gòu)，3d過渡族金屬-氧化物納米復合材料具有特殊的磁性及微波性能，因而在高效微波吸收劑材料等方面具有潛在的應用價值。對這類復合材料的研究同益引起人們的重視。但是，目前對這些材料的磁性及微波性能的研究還不夠深入；且制備方法成本高、操作復雜。因此，開發(fā)一種價格低廉、操作簡單的方法制備3d過渡族金屬-氧化物納米復合材料，并對其結(jié)構(gòu)、磁性及微波性能進行研究，有利于加深人們對納米復合材料的認識，同時也具有潛在的應用價值。 本工

2、作采用行星式高能球磨法，通過直接球磨Co和氧化物以及機械化學合成兩種實驗途徑，成功制備了Co-TiO2和Co-Al2O3納米復合材料，研究了它們的微結(jié)構(gòu)、磁性與微波特性，并探討了結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。 (1)所制備的Co-TiO2和Co-Al2O3納米復合材料中，hcp Co和fcc Co共存，Co顆粒彌散于氧化物基體中，且由單疇顆粒和超順磁顆粒組成。直接球磨Co和氧化物粉末混合物制備的Co-TiO2和Co-Al2O3納米復合材

3、料，球磨過程中，Co發(fā)生了由hcp+fcc→hcp→fcc+hcp的相變，NMR測量表明，球磨過程中，Co-氧化物納米復合材料中Co層錯積累，Co-氧化物界面增加。Co層錯的積累是hcp Co向fcc Co相變的主要機制。同Co-FiO2納米復合材料相比，Co-Al2O3納米復合材料的界面效應更加顯著。這最終導致Co-Al2O3納米復合材料的磁性和微波磁性不同于Co-TiO2納米復合材料。 (2)Co含量為54wt％的Co-Ti

4、O2納米復合材料和Co含量為42wt％的Co-Al2O3納米復合材料的磁性測量結(jié)果表明，隨著球磨時間的增加，納米復合材料中Co的飽和磁化強度降低且矯頑力快速增加。界面效應和超順磁效應是導致飽和磁化強度降低的主要原因。球磨初期晶界、堆垛層錯和其它結(jié)構(gòu)缺陷在反磁化過程中對疇壁的釘扎是矯頑力增加的主要原因。隨著球磨時間繼續(xù)增加，Co顆粒尺寸向單疇尺寸的減小以及Co顆粒表面各向異性的增加是引起矯頑力增加的機制。對于直接球磨Co和氧化物粉　混合物

5、制備的Co-TiO2和Co-Al2O3納米復合材料，球磨初期fcc Co向hcp Co的轉(zhuǎn)變也會引起矯頑力增加。同Co-TiO2納米復合材料相比，Co-Al2O3納米復合材料中界面效應更加顯著，因此，Co顆粒具有高的表面各向異性場，導致Co-Al2O3納米復合材料高的矯頑力。 (3)對于Cox(TiO2)1-x(x=0.14-0.64)和Cox(Al2O3)1-x(x=0.12-0.62)納米復合材料，磁性測量結(jié)果表明，納米復合

6、材料中Co顆粒間存在偶極相互作用，隨著納米復合材料中Co含量降低(x的減小)，偶極相互作用減弱。對于Cox(TiO2)1-x=0.34-0.64)和Cox(Al2O3)1-x(x=0.22-0.62)，由于存在偶極相互作用，超順磁納米顆粒體系仍然呈現(xiàn)鐵磁性。對于Cox(TiO2)1-x(X=0.14-0.24)和Cox(Al2O3)1-x(x=0.12)，磁性顆粒間幾乎不存在相互作用，混合相機制導致蜂腰形磁滯回線的出現(xiàn)。 (4)對用兩種

7、方法制備的Co-TiO2和Co-Al2O3納米復合材料的微波復數(shù)介電常數(shù)分別進行了研究。由于TiO2和Al2O3對Co顆粒的有效分散，使得Co-TiO2、Co-Al2O3納米復合材料的電阻率高于純Co的電阻率，復數(shù)介電常數(shù)虛部ε"具有較低的值。同時，由于復合材料(金屬填充物與絕緣介質(zhì))界面處自由電子的極化，ε"在高頻區(qū)域出現(xiàn)介電損耗峰(頻散現(xiàn)象)。 (5)對用兩種方法制備的Co-ZiO2和Co-Al2O3納米復合材料的微波復數(shù)磁

8、導率分別進行了研究。Co-ZiO2納米復合材料的復數(shù)磁導率的虛部μ"在5.1GHz出現(xiàn)一個寬化的共振峰，是由Co的自然共振引起的。納米復合材料中Co顆粒間的偶極相互作用會導致共振峰向低頻移動。磁晶各向異性和形狀各向異性的波動導致有效各向異性波動，從而造成共振峰寬化。Co-Al2O3納米復合材料的μ"的共振峰出現(xiàn)在更高頻率(直接球磨制備體系8.3GHz；機械化學合成體系7.8GHz)，是由Co的自然共振引起的。Co-Al2O3納米復合材料

9、中界面效應更加顯著，Co顆粒高的表面各向異性場和納米復合材料中Co顆粒問的偶極場競爭決定了共振峰的峰位。磁晶各向異性和形狀各向異性的波動導致有效各向異性波動，從而造成共振峰寬化。 (6)對用兩種方法制備的Co-ZiO2和Co-Al2O3納米復合材料的微波吸收性質(zhì)分別進行了研究。厚度為1.4mm，Co-氧化物納米復合材料在寬的頻率范圍內(nèi)具有良好的吸收性能。且可以通過調(diào)節(jié)納米復合材料-石蠟復合樣品的厚度和Co-氧化物納米復合材料中C