金属/铁氧体核壳型纳米软磁复合材料的界面设计、调控和相关特性的研究

本项目针对金属/铁氧体核壳结构纳米软磁复合材料中存在的界面问题，观测和研究Ni/NiFe2O4核壳界面特性以及界面特性对核壳界面磁耦合的影响，建立核壳结构磁交换耦合的三维埃辛模型，并使用蒙特-卡罗法模拟求解，对比实验和计算结果，掌握通过调控界面层构筑核壳功能特性的途径与方法；通过有效媒质理论研究材料宏观功能特性；研究磁致伸缩系数和弹性性能差异较大的Ni基金属和NixFe0.5-xCr1.5O4组成的核壳结构纳米软磁复合材料的核壳界面结合状态，掌握高频电磁场对核壳界面微观结构和结合力的作用机制，建立在不同工作温度和不同电磁场作用下，相界面特性随两相的磁致伸缩应变、弹性性能与高频电磁场和温度关系的理论模型，为核壳界面层的优化设计和控制提供依据，也为通过界面特性的控制来调控核壳结构纳米复合材料的功能特性奠立理论基础，还为其他类型复合材料的界面研究和性能优化做出贡献。

本项本项目主要针对核壳结构纳米复相软磁材料开展了材料制备及其相关特性研究，特别在纳米材料制备方面开展了大量工作，取得了一些极具参考性的结果。课题组按照项目计划书的要求，采用微乳液法成功制备出了Ni/NiFe2O4核壳结构纳米软磁复合材料，并采用SEM、HTEM-EDS、XRD、TG/DTA、FTIR等各种界面与表面研究手段，观察分析金属/铁氧体核壳界面的成分分布、相组成、化学结构、显微组织等界面特性；采用两步合成法成功制备出了Ni/Fe3O4核壳结构纳米软磁复合材料，并采用SEM、HTEM-EDS、XRD、TG/DTA、FTIR等各种界面与表面研究手段，观察分析金属/铁氧体核壳界面的成分分布、相组成、化学结构、显微组织等界面特性。.研究发现核壳结构纳米材料的可控生长是该类材料研究的主要难点和关键点，其合成主要存在两个主要问题：一是具有不同材质的核壳，特别是本项目所要开发的核为金属、壳为氧化物的核壳结构材料，在溶液状态下，组成核壳材料的不同金属离子具有不同的电极电位，很难实现分步还原置换，特别是纳米金属颗粒一般具有极强的还原性和反应活性，因此如何避免置换出的纳米金属颗粒被再次氧化是个亟待解决的技术难题；二是合成出的纳米颗粒的团聚问题，颗粒一旦团聚对于后续显微组织分析、性能研究等工作都会造成极大困难。.因此，针对上述两个主要技术难题，课题组开发出了离子液体法来合成具有良好分散性的高纯度的磁性纳米颗粒。离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。采用离子液体取代传统溶液具有以下优势：一是可以有效保护合成出的金属纳米颗粒不被氧化；二是能像传统油相合成纳米颗粒一样，有利于纳米颗粒的高分散性；三是可以用蒸馏水把残存在纳米颗粒表面的离子液体清洗干净，这有利于合成出高纯度的纳米颗粒。课题组选用{BMIN}BF4离子液体作为分散溶剂，成功合成出了具有良好分散性的Fe3O4纳米粒子及Ni/Fe3O4核壳纳米粒子，研究了离子液体的含量和不同工艺参数，如溶液浓度、反应时间、反应温度、pH值等对样品的相结构、显微组织、磁学性能等的影响。采用离子液体法，成功合成出了具有高纯度和高分散性的纳米颗粒，该项研究成果是纳米颗粒合成领域内的一个突破，被Top期刊Journal of Alloys and Compounds 杂志录用发表。