核殼及中空結構納米材料的制備、微結構與性能研究.pdf

1、設計和控制合成具有特殊形貌的納米材料是當前材料科學領域及人類社會不斷前進發(fā)展的驅動力。核殼結構的納米材料因其不同于或優(yōu)于單個組分的性能，可以實現(xiàn)人們在納米尺寸對材料結構和性能的設計及優(yōu)化，已經(jīng)成為目前新材料領域的一個研究熱點。將核殼材料中的核體去除而得到的中空結構材料具有密度低、比表面積大、表面滲透性好等特點，已在許多高科技領域具有廣闊的應用前景。
　　核殼結構納米材料和中空結構納米材料特殊的物理和化學性能不但與各組分的種類有關，

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

3、級結構的雙殼層中空核殼Fe3O4@SnO2復合微球。通過控制反應條件可以制備得到具有不同內核大小、內部空腔體積和內外殼層厚度的雙殼層核殼結構復合微球，并表征了其尺寸、形貌、微結構、晶體結構和磁學性質。
　　電磁參數(shù)的研究結果表明，幾何結構對于復合材料的吸波性能有重要影響。相對于純Fe3O4和核殼結構Fe3O4@SiO2復合微球，雙殼層核殼結構Fe3O4@SnO2復合微球具有優(yōu)良的吸波性能。在材料厚度為2mm時，最大反射損耗為-36

4、.5 dB，反射損耗超過-20 dB的頻帶寬度達到了8.5 GHz。這些結果顯示雙殼層核殼結構的復合微球可作為密度小、吸收強、頻帶寬的納米復合吸波材料，將在吸波材料領域具有極大的應用潛力。
　　2.通過溶膠凝膠法及后續(xù)的水熱反應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、微結構和晶體結構。對于不同反應階段產(chǎn)物的形貌進行分析，并

5、考察了海膽狀中空微球的形成過程，進而提出了可能的形成機理。
　　電化學測試的研究結果表明，幾何結構對于負極材料的電化學性能有重要影響。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，當尖晶石結構Li4Ti5O12轉變?yōu)閹r鹽結構Li7Ti5O12時僅