生物分級(jí)結(jié)構(gòu)磁電氧化物的制備及性能研究.pdf

1、材料是人類文明的重要物質(zhì)基礎(chǔ),對(duì)社會(huì)的進(jìn)步具有重要的影響。材料的性能除了與其化學(xué)成分有關(guān),也在很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)。成份相同結(jié)構(gòu)不同的材料,表現(xiàn)出的功能特性也有很大不同。所以,當(dāng)前材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一就是材料精細(xì)結(jié)構(gòu)與其功能特性間的耦合效應(yīng)。自然界中一些生物的精細(xì)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異功能特性給人們?cè)谥圃旌透纳撇牧系倪^程中帶來了很多靈感和啟發(fā)。自然界的生物經(jīng)過億萬年的進(jìn)化,形成了各種各樣的微觀形貌及結(jié)構(gòu)。生物體的分級(jí)結(jié)構(gòu)與構(gòu)成生物體的物質(zhì),具有

2、結(jié)構(gòu)功能一體化。
　　蝴蝶的翅膀具有精細(xì)的分級(jí)結(jié)構(gòu),形成鱗片的甲殼素的折射率與空氣的折射率不同,入射光在蝴蝶翅膀分級(jí)結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生各種各樣的光學(xué)響應(yīng),如散射、衍射等。各種各樣的光學(xué)響應(yīng),使得蝴蝶具有絢麗多彩的顏色。此外,對(duì)光的捕捉能力是某些蝴蝶的另一功能特性。雖然蝴蝶翅膀的成分較為簡(jiǎn)單,但可實(shí)現(xiàn)求偶、捕食等各種功能,這要?dú)w功于其結(jié)構(gòu)的千變?nèi)f化。蝴蝶的精細(xì)結(jié)構(gòu)不僅對(duì)其本身具有重要的意義,也給材料的設(shè)計(jì)研究提供了新的啟迪與指導(dǎo)。用具有各

3、種物理化學(xué)性質(zhì)的其它物質(zhì)來替換蝴蝶的原始材質(zhì),有望設(shè)計(jì)制備出具有良好功能特性的新材料。
　　已有的研究主要集中在二元氧化物的制備及其光學(xué)性能研究,有關(guān)三元氧化物,特別是磁電氧化物的研究鮮有報(bào)道。本研究將遺態(tài)材料的思想應(yīng)用于制備具有生物分級(jí)結(jié)構(gòu)的磁電材料,為磁電材料的制備提供了新的方法和思路。以兩種不同種類的蝴蝶為原始模板,研究了鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉和鐵酸鋅功能材料的制備工藝及功能特性。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　1)針對(duì)鐵酸鉍

4、穩(wěn)定溫度范圍窄,容易形成雜相的特點(diǎn),摻入鈦酸鉍鈉形成固溶體,通過對(duì)成分、燒結(jié)工藝的探索,成功制備了純相鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉粉末,并研究了其光催化性能和磁性能。鈦酸鉍鈉的引入能有效抑制雜質(zhì)相的形成,純相鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉粉末的禁帶寬度為2.08 eV,并具有良好的可見光光催化性能和室溫鐵磁性能。
　　2)選擇兩種不同的蝴蝶:大紫蛺蝶和巴黎翠鳳蝶作為原始模板,其中大紫蛺蝶具有周期性類光子晶體結(jié)構(gòu),巴黎翠鳳蝶具有準(zhǔn)周期性的準(zhǔn)蜂窩狀結(jié)構(gòu)。本文研

5、究制備鐵酸鹽遺態(tài)材料的方法,主要是改善制備工藝參數(shù),并采用XRD、FESEM等表征方法,研究鐵酸鹽遺態(tài)材料的晶型、形貌、微觀結(jié)構(gòu)等信息,成功獲得了具有蝴蝶鱗片精細(xì)結(jié)構(gòu)的鐵酸鹽功能材料。
　　3)采用溶膠-凝膠然后燒結(jié)的方法,成功制備了具有大紫蛺蝶鱗片結(jié)構(gòu)的鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉復(fù)制品,并研究了光催化性能和磁性能,結(jié)果表明與無模板結(jié)構(gòu)的鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉粉末相比,該復(fù)制品具有良好的鐵磁性和更高效的光催化活性。
　　4)采用溶膠-凝膠然