鈷-氧化物納米復合材料的微結構及磁性與微波磁性研究.pdf

1、由于特殊的微結構，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，并對其結構、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，研究了它們的微結構、磁性與微波特性，并探討了結構與性能之間的關系。 (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、堆垛層錯和其它結構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)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具有良好的吸收性能。且可以通過調節(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