納米氧化鐵的磁學(xué)性能及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、氧化鐵納米材料吸引越來越多的研究目光，主要是由于其在廣泛且重要的應(yīng)用。納米氧化鐵的各種性能與氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的形貌有著重要的聯(lián)系。本論文中，選取了兩種重要的α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)作為研究對象。通過水熱法合成了不同壁厚的α-Fe2O3單晶納米環(huán)及納米管，并利用綜合物性測量系統(tǒng)對樣品的磁學(xué)性能進(jìn)行了研究。同時也對α-Fe2O3納米環(huán)在高性能鋰離子電池負(fù)極材料上的應(yīng)用作了系統(tǒng)的研究。本文的主要研究成果如下：
　　(1)我們通過水熱法合成了

2、單晶α-Fe2O3納米環(huán)和納米管。通過高分辨透射電子顯微鏡和選區(qū)電子衍射發(fā)現(xiàn)納米環(huán)和納米管的軸向方向平行于晶體c軸。磁性測量結(jié)果表明，單晶納米環(huán)在210K處存在一個一級Morin相變，而單晶納米管中沒有觀測這種相變。目前的實驗結(jié)果表明，Morin相變對納米結(jié)構(gòu)的形狀有很強(qiáng)烈地依賴性。Morin相變對納米結(jié)構(gòu)形狀的依賴性可以通過垂直和平行于晶體的c軸的正與負(fù)的表面各向異性常數(shù)來解釋。
　　(2)我們測量了α-Fe2O3不同納米結(jié)構(gòu)的

3、從室溫到980K之間的磁學(xué)性能。首先在高真空（9.5×10-6 Torr）下通過920K之前的磁學(xué)性能的測量來確定不同納米結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高溫高真空下存在一個α-Fe2O3向Fe3O4的相變過程，而且這個轉(zhuǎn)變過程受納米結(jié)構(gòu)形狀的強(qiáng)烈影響。實驗數(shù)據(jù)表明，這種相變主要發(fā)生在晶體(001)表面。由于納米環(huán)和納米管結(jié)構(gòu)的高的熱穩(wěn)定性，我們可以準(zhǔn)確的測量到它們的Néel溫度。納米環(huán)與納米管的Néel溫度隨納米環(huán)與管的壁厚的減小而下降

4、，符合Néel溫度的二維有限尺寸效應(yīng)。
　　(3)我們通過一種簡單的兩步法成功制備了α-Fe2O3@C納米環(huán)。與純α-Fe2O3電極材料相比，α-Fe2O3@C納米環(huán)表現(xiàn)出更高的容量以及更好的充放電倍率性能。更重要的是，α-Fe2O3@C納米環(huán)具有更好的循環(huán)性能(在1000 mAg-1的電流下循環(huán)充放電160次后仍保有815 mAhg-1的容量)。由于α-Fe2O3@C納米環(huán)的獨特結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的電化學(xué)性能，α-Fe2O3@C納米環(huán)可