电磁功能中空微晶玻璃复合微球的制备与性能研究

具有中空结构的低密度电磁功能颗粒材料在科学研究与实际应用中兼具重要价值。为满足不断提高的研究与应用需求，核壳结构被广泛应用于增强这些材料的综合性能及其可控性。然而，传统的单一核、壳材料的简单组合已难以满足性能进一步强化和多功能化的需要。鉴于此，本项目拟制备铁磁性中空微晶玻璃微球核材，从其成分设计和可控晶化入手，结合金属壳层在其表面的组装，得到综合性能好且可控性强的电磁功能中空微晶玻璃复合微球，并确定相关机理。具体而言，利用雾化干燥-高温烧结法结合热处理实现中空玻璃微球的成形和可控晶化，再通过化学还原法在其表面组装金属壳层。研究并掌握可控晶化与金属壳层组装对材料电磁性能的影响规律及其调控机制。本项目的研究，不仅可以获得综合性能优异且易于调控的电磁功能中空微球材料，还可以进一步揭示玻璃微球材料微晶化与表面壳层组装的调控机制，为新型核壳结构材料和器件的设计、制备和应用开发提供有益的理论指导。

本项目通过成分设计和成形条件控制将非晶的玻璃体和微晶态的电磁功能纳米颗粒结合，得到了具有中空结构的微晶玻璃微球。其中非晶态组分作为连续相提供赋形和支撑连接作用，电磁功能的微晶颗粒作为分散相赋予复合微球电磁功能。另一方面，为实现复合微球电磁性能的更大范围，更方便的调控，对于通过向中空微球表面定向组装功能壳层以得到具有多壳层结构的中空复合微球也开展了深入系统的工作。针对不同物理特性的连续相体系，创造性地设计了纳米晶掺杂和原位晶化两种不同的策略，实现了材料的球形化、中空化和功能化的结合。同时，对其中的基础材料科学问题进行了深入研究。研究了纳米铁氧体磁性颗粒的成核和晶化的机理，揭示了铁氧体微晶在连续相中的析晶相变的化学过程特征与梯度分布机制，阐明了成分设计、反应条件与后处理制度对所制备的中空复合微球的结构和性能的影响规律。在此基础上，通过组成设计和适当的热处理气氛选择，在非晶态连续相中实现了从铁氧体到氧化物再到金属及合金电磁功能相的可控成核和生长，得到了一系列不同性能的电磁功能复合中空微球。另外，利用结构稳定性好的高硅含量中空微球进行了系列电磁功能金属、氧化物和铁氧体的定向组装研究，建立了两种分别基于化学还原和燃烧分解的新组装方法。本项目的研究，不仅获得了综合性能优异且易于调控的电磁功能微球材料，拓展了电磁功能中空微球的制备技术手段，还进一步揭示了基于非晶态（玻璃相）的复合中空微球材料微晶化与壳层组装的调控机制，为新型非晶-微晶复合结构材料和器件的设计和制备开辟了新途径。