納米尺度參量復(fù)合型氧化物的制備及外場(chǎng)響應(yīng).pdf

1、單一功能材料已經(jīng)不能滿足功能多樣化實(shí)際應(yīng)用的需要，探索多功能化材料是未來科技的發(fā)展必然趨勢(shì)。多功能化的實(shí)現(xiàn)依賴于材料內(nèi)部的本征多參量與外部多物理場(chǎng)響應(yīng)的協(xié)同作用。如何能夠在單相材料中實(shí)現(xiàn)多參量耦合及多功能化應(yīng)用將是多功能材料發(fā)展的巨大突破。因此探索具有多參量復(fù)合的單相多功能材料，尤其在室溫以上，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　層狀氧化物因其特殊的晶體結(jié)構(gòu)可以在單相體系中實(shí)現(xiàn)多種參量的共存耦合。2009年以前，大部分研究的層狀氧化物材料屬于

2、鐵電和介電體系，很少室溫以上磁電復(fù)合的相關(guān)報(bào)道。2009年，毛翔宇、陳小兵、陸亞林等人采用新型晶胞原子層間嵌入合成方法，成功制備的新型單相室溫磁電復(fù)合材料Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15顯示出了大的室溫鐵電和鐵磁響應(yīng)。這項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了層狀氧化物材料在量子功能領(lǐng)域方面的突破?；谝陨纤悸罚憗喠纸淌谠诳萍疾繃?guó)家重大科學(xué)研究項(xiàng)目(2012CB922000)提出了“多參量復(fù)合氧化物量子功能材料”的概念，其實(shí)質(zhì)是利用新型品胞原子層間嵌入合成

3、技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有晶胞內(nèi)磁電調(diào)制“復(fù)合”結(jié)構(gòu)及“復(fù)合”有序相新型復(fù)合氧化物量子功能材料。繼續(xù)探索發(fā)現(xiàn)更多的新型參量復(fù)合氧化物量子功能材料，對(duì)拓展量子多功能材料體系，增強(qiáng)量子多功能復(fù)合及調(diào)控，發(fā)展新穎的量子調(diào)控和復(fù)合理論機(jī)制，具有重要意義。
　　基于新型參量復(fù)合型氧化物量子功能材料結(jié)構(gòu)及性能的優(yōu)點(diǎn)，通過新的技術(shù)和工程，實(shí)現(xiàn)該材料更多的外場(chǎng)響應(yīng)，如光場(chǎng)，聲場(chǎng)，熱場(chǎng)等，將極大的豐富量子氧化物功能材料的多功能化應(yīng)用。本文中，我們以尋找新型參量復(fù)

4、合型氧化物功能材料為主線，通過設(shè)計(jì)低維材料的結(jié)構(gòu)及組成，詳細(xì)研究了納米尺度的參量復(fù)合型氧化物材料的多場(chǎng)響應(yīng)性能如多鐵性、光催化性能、超聲化學(xué)性能、熒光發(fā)光性能等性質(zhì)以及各種性能參量之間的相互關(guān)系。
　　本論文原創(chuàng)性工作如下:
　　第一部分，以制備低維納米結(jié)構(gòu)Bi7Fe3Ti3O21(BFTO)為主線，研究低維參量復(fù)合型氧化物的室溫多鐵以及光催化活性。通過調(diào)控晶體生長(zhǎng)的時(shí)間以及礦化劑濃度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，得到由納米片堆積成的納米書架

5、結(jié)構(gòu)的BFTO。該納米結(jié)構(gòu)具有不同于塊材的良好多鐵性質(zhì)及可見光光催化性質(zhì)。該結(jié)果表明鐵電有序和光催化活性的復(fù)合是提高可見光催化效率的另一有效途徑。
　　第二部分，在前一部分工作的基礎(chǔ)上，通過新型晶胞原子層間嵌入合成方法對(duì)上述BFTO進(jìn)行改性，以期增強(qiáng)該材料的室溫多鐵性質(zhì)、拓寬太陽(yáng)光譜的響應(yīng)以及改善納米光催化劑顆粒的循環(huán)回收問題。最終利用這種方法將該材料的光催化降解響應(yīng)波長(zhǎng)拓展到紅外波段，材料的磁性從室溫反鐵磁變成了室溫鐵磁。這類參

6、量復(fù)合型納米光催化劑所具有的磁性使其可在一個(gè)外加弱磁場(chǎng)下從懸浮液中快速方便回收。
　　第三部分，主要研究的是利用新型參量復(fù)合型納米催化劑在聲場(chǎng)響應(yīng)下實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物降解。并提出了一種該類參量復(fù)合型催化劑材料在聲場(chǎng)下的污染物降解可能機(jī)制，即超聲引起樣品振動(dòng)而使樣品表面產(chǎn)生電荷，電荷累積一定電勢(shì)后可觸發(fā)氧化還原反應(yīng)，使有機(jī)染料分子分解為二氧化碳和水。這種聲場(chǎng)響應(yīng)的發(fā)現(xiàn)與磁性的耦合，對(duì)解決環(huán)境和能源問題提供了新的思考方向。
　　第四

7、部分，利用稀土摻雜手段，通過自旋光子等量子態(tài)的耦合，探究參量復(fù)合型納米功能材料中的發(fā)光特性。通過改進(jìn)的合成手段來對(duì)納米顆粒的尺度及形貌進(jìn)行調(diào)控，并利用該納米顆粒來驗(yàn)證這類參量復(fù)合型納米材料的生物兼容性和安全性。通過這些研究，拓展這類材料在生物靶向、成像、診斷、治療一體中的應(yīng)用前景。
　　第五部分，利用這種參量復(fù)合型氧化物納米片狀的自模板特性，制備了晶粒高度取向塊狀材料，并且實(shí)現(xiàn)了磁性的各向異性的特性。這種方法制備的晶粒取向性的陶瓷