核殼及中空結(jié)構(gòu)納米材料的制備、微結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、設(shè)計(jì)和控制合成具有特殊形貌的納米材料是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域及人類社會(huì)不斷前進(jìn)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。核殼結(jié)構(gòu)的納米材料因其不同于或優(yōu)于單個(gè)組分的性能，可以實(shí)現(xiàn)人們?cè)诩{米尺寸對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，已經(jīng)成為目前新材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。將核殼材料中的核體去除而得到的中空結(jié)構(gòu)材料具有密度低、比表面積大、表面滲透性好等特點(diǎn)，已在許多高科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　核殼結(jié)構(gòu)納米材料和中空結(jié)構(gòu)納米材料特殊的物理和化學(xué)性能不但與各組分的種類有關(guān)，

2、而且還受到材料的形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)的影響。因此研究如何制備形貌、粒徑可控，結(jié)構(gòu)特殊的納米材料，對(duì)于發(fā)展其功能性的應(yīng)用具有重大意義。本文基于這個(gè)研究思路圍繞多組分、多級(jí)結(jié)構(gòu)的納米材料，制備了系列具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的雙殼層核殼結(jié)構(gòu)和海膽狀中空核殼結(jié)構(gòu)納米材料，并分別研究了他們的吸波性能和電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　1.采用St(o)ber法和水熱反應(yīng)制備了一種由尖晶石Fe3O4納米粒子為核和四方金紅石SnO2為雙殼層構(gòu)成的具有分

3、級(jí)結(jié)構(gòu)的雙殼層中空核殼Fe3O4@SnO2復(fù)合微球。通過(guò)控制反應(yīng)條件可以制備得到具有不同內(nèi)核大小、內(nèi)部空腔體積和內(nèi)外殼層厚度的雙殼層核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合微球，并表征了其尺寸、形貌、微結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)。
　　電磁參數(shù)的研究結(jié)果表明，幾何結(jié)構(gòu)對(duì)于復(fù)合材料的吸波性能有重要影響。相對(duì)于純Fe3O4和核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@SiO2復(fù)合微球，雙殼層核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@SnO2復(fù)合微球具有優(yōu)良的吸波性能。在材料厚度為2mm時(shí)，最大反射損耗為-36

4、.5 dB，反射損耗超過(guò)-20 dB的頻帶寬度達(dá)到了8.5 GHz。這些結(jié)果顯示雙殼層核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合微球可作為密度小、吸收強(qiáng)、頻帶寬的納米復(fù)合吸波材料，將在吸波材料領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。
　　2.通過(guò)溶膠凝膠法及后續(xù)的水熱反應(yīng)制備了由超薄的納米片組成的表面形成的海膽狀中空Li4Ti5O12微球，該微球直徑約為500nm，比表面積為140 m2 g-1，并表征了其尺寸、形貌、微結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)。對(duì)于不同反應(yīng)階段產(chǎn)物的形貌進(jìn)行分析，并

5、考察了海膽狀中空微球的形成過(guò)程，進(jìn)而提出了可能的形成機(jī)理。
　　電化學(xué)測(cè)試的研究結(jié)果表明，幾何結(jié)構(gòu)對(duì)于負(fù)極材料的電化學(xué)性能有重要影響。這種具有超高比表面積的海膽狀中空Li4Ti5O12微球在20 C的高倍率下容量高達(dá)120 mAh g-1，而且較商用Li4Ti5O12顆粒具有更加優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。不同充放電狀態(tài)海膽狀中空Li4Ti5O12微球的原位EELS分析表明，當(dāng)尖晶石結(jié)構(gòu)Li4Ti5O12轉(zhuǎn)變?yōu)閹r鹽結(jié)構(gòu)Li7Ti5O12時(shí)僅