Ni摻雜及立方形貌MnO2的制備及其微波電磁性能研究.pdf

1、為了更深入地研究Ni離子摻雜對MnO2電磁吸波性能的影響，本論文以(NH4)2S2O8和MnSO4的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，在反應(yīng)溶液中摻入NiSO4，采用水熱合成的方法制備了不同Ni離子摻雜量的MnO2。此外，在水熱條件下，通過MnCl2和KClO3的氧化還原反應(yīng)制備出了立方形貌的β-MnO2。通過X射線衍射儀(XRD)、X射線熒光光譜儀(XRF)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等材料檢測技術(shù)對產(chǎn)物的晶

2、型、形貌、化學(xué)成分及電磁特性進(jìn)行表征。根據(jù)第一性原理計算，我們對不同缺陷態(tài)的α-MnO2進(jìn)行了理論計算，從電子態(tài)密度、Mn-O鍵的共價性等方面，分析了不同晶體缺陷態(tài)對α-MnO2的電磁特性的影響。
　　研究結(jié)果表明，采用水熱合成法制備出不同形貌的Ni摻雜態(tài)MnO2，包括海膽球狀和空心結(jié)構(gòu)。產(chǎn)物的晶型基本不受Ni摻雜量的影響，均為α-MnO2和γ-MnO2的混合物;而當(dāng)反應(yīng)溫度高于120℃時，所得產(chǎn)物變?yōu)閱我坏摩?MnO2。形貌隨著

3、鎳摻雜量的增加由規(guī)則的海膽球狀轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則的線團(tuán)狀;隨著溫度的升高由規(guī)則的海膽球狀轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻婕{米線團(tuán)聚的空心球狀。二氧化錳對電磁波的損耗以介電型損耗為主，反射損耗曲線峰值隨著摻雜量的提高逐漸向高頻移動，而隨著吸波體厚度的增加向低頻方向移動，在高頻范圍內(nèi)，Ni摻雜試樣具有更好的反射損耗性能。
　　通過對不同缺陷態(tài)α-MnO2結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行第一性原理計算，結(jié)果表明晶體缺陷的引入導(dǎo)致其周圍原子出現(xiàn)位移松弛的現(xiàn)象，Ni的摻雜加強(qiáng)了α-MnO

4、2的自旋極化，從而對磁損耗有一定的幫助。晶體缺陷的引入導(dǎo)致了新的缺陷態(tài)的出現(xiàn)，使得弱束縛離子發(fā)生松弛極化，進(jìn)而導(dǎo)致材料介電損耗能力的增強(qiáng)。此外，α-MnO2中Mn-O鍵的鍵強(qiáng)和共價性因晶體缺陷而變?nèi)酰@也意味著材料的介電損耗能力得到改善。
　　在水熱條件下，通過MnCl2和KClO3的氧化還原反應(yīng)制備出了立方形貌的β-MnO2，該形貌為帶有四棱錐結(jié)構(gòu)的微米立方塊狀。當(dāng)反應(yīng)溫度為180℃時，隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)物的晶型由γ-MnO