鎳磷納米結(jié)構(gòu)的控形制備及電磁性能研究.pdf

1、金屬空心納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)儼然成為材料科學研究的一個熱點?？招募{米結(jié)構(gòu)與實心納米結(jié)構(gòu)相比具有較大的比表面積、較低的密度以及特殊的力學、光學、電學等物理化學特性而在微波吸收、催化、藥物運輸?shù)阮I域表現(xiàn)出極好的應用前景。目前，國內(nèi)外研究較多制備空心納米結(jié)構(gòu)的方法是硬模板法，即通過在膠體顆粒（如金或銀膠體、二氧化硅小球、聚合物乳液等）表面涂覆目標材料（或其前驅(qū)體），然后利用煅燒或濕法刻蝕選擇性去除膠體模板而得到目標材料。該法制備的大多為陶瓷、高分子、

2、半導體空心結(jié)構(gòu)，而有關金屬空心納米結(jié)構(gòu)的制備和性能研究方面的報道相對較少，特別是具有管狀結(jié)構(gòu)的金屬納米材料的報道更少。本文提出采用水熱法制備α-Ni(OH)2納米線前驅(qū)體，在α-Ni(OH)2納米線表面進行催化還原反應，成功制備出Ni-P納米實心球、納米穿孔球和納米管。利用多種分析測試方法對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、形貌、成分等進行表征，并對水熱法制備α-Ni(OH)2納米線和催化還原法制備Ni-P納米管的主要工藝和形成機理進行了研究。在此基礎之上，深

3、入研究Ni-P納米管微波吸收性能。并對 Ni-P納米管進行了化學鍍鈷表面改性，以提高Ni-P納米管的微波吸收性能。具體的研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　(1)研究了水熱法制備α-Ni(OH)2納米線的生長機理，建立了水熱法制備α-Ni(OH)2納米線前驅(qū)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(huán)境的雙重條件下晶體沿著(001)方向擇優(yōu)生長的產(chǎn)物。低濃度的OH-減少了α-Ni(OH

4、)2晶體(001)面分布的羥基，從而降低了(001)方向的靜電斥力,為晶體沿該方向的生長提供了可能。而SO42-陰離子與[Ni(OH)2-x(H2O)x]x+片層間親和力強，SO42-能夠牢固的插入[Ni(OH)2-x(H2O)x]x+片層間，增大[Ni(OH)2-x(H2O)x]x+片層間距，促進α-Ni(OH)2晶體沿(001)晶向的生長。在此基礎上，利用催化還原法制備Ni-P納米結(jié)構(gòu)，并對相應的形成機理進行了研究，研究表明：通過控

5、制催化還原反應的參數(shù)，分別制備得到了外徑約為50~100 nm，內(nèi)徑約為10~20 nm的Ni-P納米管；以及直徑約為50~100 nm，孔道內(nèi)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。當反應溶液中pH值為4、PdCl2濃度為5 uM、Ni(OH)2濃度為0.2 mM、初始NaH2PO2濃度為1.6 mM時，能得到成形完好、直徑可控的Ni-P納米管。不同空心納米結(jié)構(gòu)的形成主要是通過改變反應溶液中PdC

6、l2的濃度來控制α-Ni(OH)2納米線表面活性點的分布，再結(jié)合NaH2PO2對α-Ni(OH)2納米線進行還原來實現(xiàn)的。
　　(2）對不同形貌Ni-P納米結(jié)構(gòu)的靜磁性能和微波吸收性能進行了測試。結(jié)果表明：Ni-P實心球、穿孔球和納米管在靜磁場下的Ms為0.0015、0.0045、0.0018 emu/g，Mr為0.001、0.004、0.001 emu/g，Hc為60、300、110 Oe。在2~18 GHz頻率范圍內(nèi)對Ni-P

7、實心球、穿孔球和納米管進行的微波吸收性能測試，結(jié)果表明：Ni-P實心球、穿孔球、納米管獲得最小反射損耗(RLmin)的最佳匹配厚度分別為1.8、1.7、2.1 mm。Ni-P實心球、穿孔球、納米管在最佳匹配厚度下能獲得的RLmin分別為-2.00、-40.54、-48.68 dB，小于-10 dB以下的帶寬分別為2、1.6、0.6 GHz。對比三種不同形貌的樣品，可知Ni-P納米管在最佳匹配厚度下的RLmin最小。對經(jīng)過不同溫度熱處理的

8、Ni-P納米管在靜磁性能和微波吸收性能進行了測試，結(jié)果顯示：經(jīng)過250、300、350、450℃熱處理后，Ni-P納米管在靜磁場下的Ms為0.073、0097、0.196、0.395 emu/g，Mr為0、0.01、0.01、0.12 emu/g，Hc為0、20、29、216 Oe。表明經(jīng)過熱處理的樣品體現(xiàn)出了鐵磁特性。而對比熱處理前后Ni-P納米管的微波吸收性能后發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)熱處理的Ni-P納米管和經(jīng)250、300、350、450℃熱處

9、理的Ni-P納米管獲得RLmin的最佳匹配厚度分別為2.1、1.0、1.3、2.2和1.3 mm，此時其RLmin分別為-48.63、-36.18、-45.19、-41.89和-48.54 dB。且與未經(jīng)熱處理的Ni-P納米管相比，經(jīng)過450℃熱處理Ni-P納米管的RL在-10 dB以下的帶寬由熱處理前的0.6 GHz大幅提高到4.5 GHz。熱處理過程中Ni-P納米管會發(fā)生相變和結(jié)晶特性的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變能在一定程度上提高納米管的電磁性

10、能，進而提高Ni-P納米管的應用潛力。
　　(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，并對改性后產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、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：與Ni-P納米管相比，Ni-P/Co納米管的壁厚可達40~60 nm。Co、Ni和P并不是均勻地分布在納米管上，Co主要出現(xiàn)在納米管的外表面，Ni和P主要分布納米管的內(nèi)側(cè)。Ni-P/Co納米管的Ms為19.4 emu/g，Mr