论文部分内容阅读
金属Co纳米材料由于具有与块状Co不同的独特性质，在磁性材料领域具有广阔的应用前景。但是对于纳米Co的结构与静磁性能以及微波电磁参数的关系目前还缺乏系统、深入的研究，为此，本学位论文制备晶体结构不同的金属Co纳米粒子、微米Fe@纳米Co核壳复合粒子以及纳米Co@SiO2核壳复合粒子，采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、振动样品磁强计(VSM)等手段表征样品，研究制备工艺参数对Co纳米粒子及其复合粒子的结构、静磁性能和微波电磁参数的影响，探索Co纳米粒子及其核壳复合粒子的生成机理。 采用多元醇液相还原合成方法，以CoCl2·2H2O为前驱体，以1，2-丙二醇为还原剂，在NaOH的催化作用下，制备了晶体结构定向可控的金属钴纳米粒子。通过控制工艺参数，分别获得了晶粒度约为19nm、颗粒大小为20～30nm面心立方晶体结构的β-Co粒子以及晶粒度为35nm、颗粒大小约为70～120nm的密排六方晶体结构的α-Co。表面活性剂PVP对Co纳米颗粒的大小和团聚状态有显著影响，丙二醇的用量和加料方式显著影响反应进程。随着液相中NaOH浓度的增加，Co纳米粒子的晶体结构有从面心立方（β相）向密排六方结构（α相）转变的趋势，并采用金属二元合金Hume-Rothery定则、合金相的琼斯理论与近似自由电子的能带的关系解释了该现象。多元醇液相还原法制备Co纳米粒子的反应大致分为3步，即前驱物在醇中溶解、中间产物在液相中还原和晶核的聚集长大;中间产物在液相中的溶度积是影响反应速度的关键因素。 不论是β相、α相还是两相共存的Co纳米粒子在室温下都表现为铁磁性，这是由于Co原子核外电子排布决定的，其大小取决于电子的自旋磁矩。Co纳米粒子在室温下的比饱和磁化强度比块状金属Co(162.5emu/g)的小约7％～13％(141.4～151.4emu/g)，其大小随着两种晶相的含量的不同而有所差异。Co纳米粒子的矫顽力和剩余磁化强度也随着面心立方晶相（β相）向密排六方晶相（α相）的转变而表现出增大的趋势，这是由于密排六方晶相Co粒子的磁晶各向异性常数大于面心立方晶相Co粒子的磁晶各向异性常数造成的。β-Co、α-Co纳米粒子的介电常数和磁导率与频率的关系在2～18GHz范围内具有相同的变化规律，但前者比后者具有更好的微波吸收性能，这是因为两者的结构不同影响了微波电磁参数所致。 采用多元醇还原工艺和沉积改性技术，分别制备了具有核壳结构的Fe@Co微米-纳米复合磁性粒子和Co@SiO2纳米复合粒子。Fe@Co复合粒子的静磁性能介于微米铁粒子和纳米Co粒子之间，且随着核壳质量比的不同呈现相同的变化，但与计算值呈现不同程度的协同关系。Fe@Co复合粒子的介电常数和磁导率与频率的关系在2～18GHz范围内具有与羰基铁粉相同的变化规律，但介电常数和磁导率有所降低，其原因可能是核壳结构产生界面作用以及有效各向异性增大所致。Co@SiO2纳米复合粒子的铁磁性是由核芯物质Co决定的，非磁性SiO2壳层并不影响Co纳米复合粒子的磁性能，这将为扩展磁性材料的应用提供了依据。