低维磁性纳米结构的可控合成、微观表征及应用研究

发布时间：2017-06-01 17:21

  本文关键词：低维磁性纳米结构的可控合成、微观表征及应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：形状、尺寸可控的低维磁性金属氧化物是近年来材料科学与凝聚态物理研究的热点之一,原因不仅在于它们呈现的新奇的物理性质所具有的重要基础研究价值,而且有望实现未来自旋电子器件进一步微型化、赛道存储器、磁记录密度进一步提高等的需要。在本论文中,通过静电纺丝技术与室温液相还原法设计制备了不同形貌的低维磁性纳米材料,并系统研究材料的微观结构与磁学性质。并以Co3O4为例,探讨了低维磁性过渡族金属氧化物纳米材料在电化学储能领域的巨大应用前景。本论文的主要研究成果总结如下：(1)通过改进静电纺丝实验装置,制备得到BaFe12O19单颗粒链纳米纤维,单根纳米纤维是由BaFe12O19单晶纳米颗粒在线轴方向上堆垛形成的,且这些单晶纳米颗粒的晶向是随机分布的。实验中结合TG-DTA, XRD, TEM形貌结构变化跟踪,详细研究了纺丝得到PVP/硝酸盐前躯体复合物纳米纤维经过不同温度退火得到样品的晶体结构和形貌的变化,提出了BaFe12O19单颗粒链纳米纤维的形成机理。磁学性质测试表明,BaFe12O19单颗粒链纳米纤维室温下的矫顽力为5943 Oe,饱和磁化强度为71.5 emu g-1,这些数值都大于目前文献中报道的数值,这一结果归因于BaFe12O19单颗粒链纳米纤维这种一维结构,具有较大的长径比,使得材料具有较大的形状各向异性能。(2)采用静电纺丝方法成功制备得到NiFe2O4多颗粒链纳米纤维与NiFe2O4纳米管。TEM形貌观测发现,这两种形貌的NiFe2O4纳米材料是由多个面心立方结构的NiFe2O4单晶纳米颗粒在纳米纤维轴向上堆垛而形成的。结合微磁学计算理论以及“球-链”模型,基于TEM观测的NiFe2O4纳米材料的形貌,提出了纳米‘片-链”模型以及“环-链”模型来解释实验中制备得到的NiFe2O4纳米纤维和纳米管的磁化反转机制。通过对矫顽力的计算可知,这两种模型可以很好的解释这两种形貌纳米材料的磁化反转机制。(3)实验中通过静电纺丝方法制备得到CoFe2O4纳米管,TEM形貌结构表征表明CoFe2O4纳米管是由尖晶石结构CoFe2O4单晶纳米颗粒沿径向堆垛形成的。通过对CoFe2O4纳米管磁学性质的测量发现,在5K时CoFe2O4纳米管的矫顽力为10400 Oe,当温度升高到360 K时其矫顽力变为300 Oe。另外5K时测得的CoFe2O4纳米管的磁滞回线中出现当磁场降到零时出现了磁化强度的跃变过程,这一现象可能是由CoFe2O4纳米管内出现了自旋重取向或者缺陷钉扎作用引起的。这一特殊现象区别于其它形貌CoFe2O4纳米材料。(4)采用室温液相还原法制备得到具有三维网络结构的金属Co 3DN,这种Co3DN是由厚度小于10 nm的超薄纳米片相互连接堆垛构成的。通过热处理得到了具有三维网络核壳结构的Co@Co3O4。基于3DN电极的超级电容器显示出优异的电化学储能性能,最高比电容达到了1049 F g-1,即使是在负载量为3.52 mg cm-2时容量也能达到850 F g-1。优异的电化学性能主要归功于金属(Co)/金属氧化物(Co3O4)的核壳结构一方面提供了较高的比表面积及供电解液迁移传递的等级孔结构,更为重要的是核壳结构中的“核(金属Co)”作为导电网络,极大的提高了电极中氧化还原反应的电子迁移效率。
【关键词】：静电纺丝 铁氧体 微磁学计算 过渡族元素金属氧化物 金属/氧化物球壳结构 导电通道
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 物质磁性的分类11-12
• 1.3 主要磁性物理量12-16
• 1.3.1 磁滞回线13
• 1.3.2 磁各向异性13-15
• 1.3.3 矫顽力15
• 1.3.4 饱和磁化强度与剩磁15-16
• 1.4 动态磁性16-17
• 1.5 磁化反转机制17-18
• 1.6 参考文献18-21
• 第二章 磁性纳米材料21-61
• 2.1 纳米材料的特性21-23
• 2.2 磁性纳米材料23-44
• 2.2.1 磁性纳米材料的发展历史23-24
• 2.2.2 磁性纳米材料的制备方法24-30
• 2.2.3 磁性纳米材料的表征方法30-36
• 2.2.4 磁性纳米材料的应用36-44
• 2.3 本文立意44
• 2.4 参考文献44-61
• 第三章 BaFe_(12)O_(19)单颗粒链纳米纤维的制备及磁化反转机制的研究61-80
• 3.1 引言61-62
• 3.2 样品制备62-63
• 3.3 实验结果与讨论63-77
• 3.3.1 BaFe_(12)O_(19)单颗粒链纳米纤维的形貌表征及化学分析63-66
• 3.3.2 BaFe_(12)O_(19)单颗粒链纳米纤维的形成机理66-72
• 3.3.3 BaFe_(12)O_(19)单颗粒链纳米纤维的磁学性质72-77
• 3.4 本章小结77
• 3.5 参考文献77-80
• 第四章 NiFe_2O_4纳米线与纳米管磁学性质对比研究80-102
• 4.1 引言80-81
• 4.2 样品制备81-82
• 4.2.1 前驱体溶液的配置81
• 4.2.2 纺丝及其纺丝得到的PVP/硝酸盐复合物纳米纤维的退火过程81-82
• 4.3 NiFe_2O_4多颗粒链纳米纤维的微观结构表征及其磁化反转机制82-91
• 4.3.1 NiFe_2O_4多颗粒链纳米纤维的微观结构82-85
• 4.3.2 NiFe_2O_4多颗粒链纳米纤维的磁学性质及其磁化反转机制研究85-91
• 4.4 NiFe_2O_4纳米管的微观结构表征及其磁性的研究91-98
• 4.4.1 NiFe_2O_4纳米管的微观结构91-94
• 4.4.2 NiFe_2O_4纳米管的磁学性质研究94-98
• 4.5 本章小结98
• 4.6 参考文献98-102
• 第五章 CoFe_2O_4纳米管的制备及其磁学性质研究102-112
• 5.1 引言102
• 5.2 样品制备102-103
• 5.3 实验结果与讨论103-110
• 5.3.1 CoFe_2O_4纳米管的微观结构表征103-106
• 5.3.2 CoFe_2O_4纳米管磁学性质的研究106-110
• 5.4 本章小结110
• 5.5 参考文献110-112
• 第六章 球壳结构的Co@Co_3O_4三维纳米网络的电化学储能性质研究112-129
• 6.1 引言112-114
• 6.2 样品制备114-115
• 6.3 实验结果与讨论115-125
• 6.3.1 Co 3DN和Co@Co_3O_4 3DN的形貌和结构115-117
• 6.3.2 基于Co@Co_3O_4 3DN电极的电容器电化学性能117-122
• 6.3.3 Co@Co_3O_4 3DN电极电化学性能增强机制122-125
• 6.4 本章小结125
• 6.5 参考文献125-129
• 第七章 总结及展望129-133
• 7.1 本论文工作总结129-131
• 7.2 工作展望131-133
• 在学期间研究成果133-135
• 致谢135-137

【共引文献】

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1 李冠华;宁玄鹤;;小红豆淀粉颗粒性质研究[J];安徽农业科学;2010年06期

2 杨利;任晓婷;严英俊;穆海燕;张同来;郁开北;;六硝基

本文编号：413119