本文選題：微納枝狀結(jié)構(gòu) + 鐵系材料��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：多級微納枝狀結(jié)構(gòu)材料由于其獨特的形貌結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性,越來越多地被科研人員所關(guān)注和研究。特別是其大的比表面積和高的磁各向異性,使該種材料在電磁波吸收領(lǐng)域展現(xiàn)了光明的應(yīng)用前景。制備微納枝狀結(jié)構(gòu)材料的方法主要有水熱法、電化學(xué)法和微波輔助法等。然而,這些方法在制備過程中存在著形貌結(jié)構(gòu)和尺寸均一性難以控制及產(chǎn)率低的難題,限制了枝狀材料的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。本文建立了一種能夠提供對稱分布環(huán)形電場和有效隔離氧化還原反應(yīng)的新型電化學(xué)還原裝置,并利用該裝置制備了形貌結(jié)構(gòu)一致和尺寸均一的微納枝狀結(jié)構(gòu)鐵基金屬材料。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、選區(qū)電子衍射(SAED)和X射線衍射譜(XRD)研究了電流密度、反應(yīng)時間和產(chǎn)物晶型對其形貌結(jié)構(gòu)和尺寸的影響�；谘芯拷Y(jié)果和濃度梯度理論提出了枝狀材料的生長機(jī)制。利用振動樣品磁強計(VSM)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)研究了不同枝狀結(jié)構(gòu)金屬樣品的電磁波吸收性能,并探討吸波機(jī)理。此外,本文也研究了稀土離子對微納枝狀結(jié)構(gòu)α-Fe的形貌和微觀結(jié)構(gòu)的影響,對稀土離子調(diào)控形貌的作用機(jī)制進(jìn)行討論,并研究了調(diào)控形貌后枝狀α-Fe的吸波性能。最后,通過高溫硫化法制得了微納枝狀結(jié)構(gòu)Fe S_2,在研究其吸波性能的同時,也通過循環(huán)伏安法、微分容量法和恒流充放電等方法初步研究了其電化學(xué)性能。利用電化學(xué)還原法制得了具有體心立方結(jié)構(gòu)的樹葉狀α-Fe和六方密堆積結(jié)構(gòu)的穗狀ε-Co,研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中高的電流密度和短的反應(yīng)時間有利于獲得更小尺寸的微納枝狀結(jié)構(gòu)樣品。提出枝狀結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)生是由電極表面濃度梯度、外電場分布和產(chǎn)物本身的晶體結(jié)構(gòu)所共同決定的。反應(yīng)過程中,極高電流密度下的快速還原反應(yīng)在電極表面所產(chǎn)生的濃度梯度,為微納枝狀結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。濃度梯度導(dǎo)致了生長抑制區(qū)的形成,并隨著反應(yīng)的進(jìn)行,生長區(qū)連續(xù)不斷地向生長抑制區(qū)轉(zhuǎn)換,使得材料具有一致的形貌和均一的尺寸。產(chǎn)物本身的晶體結(jié)構(gòu)和對稱的外電場分布決定了枝狀結(jié)構(gòu)的形貌類型。最后通過枝狀結(jié)構(gòu)Co Fe合金晶體結(jié)構(gòu)與形貌的關(guān)系進(jìn)一步驗證了上述生長機(jī)制。微納枝狀結(jié)構(gòu)α-Fe、ε-Co和多種Co Fe合金均表現(xiàn)出良好的吸波性能。其中ε-Co具有最低的反射損耗(RL)值,為-58.0 d B;Co_(0.9)Fe_(0.1)具有最寬的吸收帶,RL-10 d B時的頻帶達(dá)到了8.4 GHz。良好的吸波性能是由于微納枝狀結(jié)構(gòu)材料大的比表面積有利于增強材料界面的自由電子極化作用,從而增加介電損耗。同時,其高的各向異性也能夠提高自然共振響應(yīng)頻率,增加磁損耗能力。此外,材料中的晶體缺陷也能夠增加材料的極化能力,改變磁疇和磁響應(yīng)行為。枝狀結(jié)構(gòu)材料良好的電磁匹配特性也是吸波性能提高的重要因素。包覆Si O_2能增強介電損耗和提高電磁匹配特性,但會不利于材料磁損耗能力提高。通過在電解液中引入稀土離子調(diào)控了產(chǎn)物的形貌和微納枝狀結(jié)構(gòu)。從研究結(jié)果可知,電解液中稀土離子能夠吸附到電極及產(chǎn)物表面,增大反應(yīng)極化電勢,從而抑制晶體的生長速率,增加成核速率,使產(chǎn)物具有更小的尺寸。當(dāng)稀土添加劑濃度達(dá)到2.0 g·L-1時,可以制得多晶粒堆積的微納枝狀結(jié)構(gòu)α-Fe。鈰鹽濃度為1.5 g·L-1和鑭鹽濃度為2.0 g·L-1所得稀土調(diào)控形貌的α-Fe樣品中分別具有最低RL值和最寬吸收帶的樣品,為-68.2 d B和6.1 GHz(RL-10 d B)。稀土調(diào)控形貌的α-Fe更大的比表面積和內(nèi)部大量的晶界是提高其吸波性能的主要原因。最后,利用高溫硫化反應(yīng)在450℃下制得了微納枝狀結(jié)構(gòu)FeS_2。該新型枝狀吸波材料表現(xiàn)了良好的吸波性能,其最小RL值達(dá)到了-56.0 d B,RL-20 d B的吸收帶寬度為3.0 GHz;同時,作為鋰離子電池正極材料時,微納枝狀結(jié)構(gòu)FeS_2復(fù)合正極在含有10wt.%FEC的電解液中以0.2C速率循環(huán)150次以后,可逆容量仍可達(dá)到350 m A·hg-1。這種良好的電化學(xué)性能主要歸因于其高的比表面積和穩(wěn)定的微納枝狀結(jié)構(gòu)。同時,在研究充放電機(jī)理過程中,利用HRTEM和掃描透射電子顯微鏡的電子能量損失譜(STEM-EELS)檢測到了不穩(wěn)定相Li2-x Fe S_2。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG141

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