磁、力、电、光多场调控低维氧化锌基复合纳米材料

Usually, the spin of electrons was controlled by a magnetic field. If we are able to use electrical, optical, mechanical and thermal fields to regulate electronic spin, we can design the device more freedom and can make the device being rapid, low consumption and miniaturization. It is of great significance in fields of basic research and micro/nano device designing to investigate the coupling interactions among the physical properties such as magnetic, mechanical, electrical and optical properties. In this project, we intend to design and assemble two kinds of ZnO-based composite nanomaterials: one-dimensional ZnO/oxide magnetic materials (such as CoFe2O4) system and ZnO/magnetic phase transition metal (such as Tb - Dy - Fe alloy) composite membrane system, to study the influences of structure, composition,size and dimension on the physical properties; to investigate the interaction of magnetic, transport and optical properties. We will reveals the inner relationship between microstructures and the physical properties of the composite nanomaterials both in theory and in experiment; we will investigate mechano-electronic coupling factors in ZnO materials and magneto-mechano coupling factors in magnetic materials, understanding the physical mechanisms of magnetoelectric coupling in composite nanomaterials; we will also study the influences of magnetic field and electric field on the properties of luminescence properties and photocatalytic performance of ZnO-based nanomaterials, in order to provide reliable and detailed scientific evidences to adjust and control the properties of ZnO composite nanomaterials by multiple -field.

调控电子自旋通常都是由外加磁场来实现的，如能实现电、光、力、热等多场调控，可使器件的设计增加更多的自由度，有望实现快速、低耗及微型化。纳米材料中磁、力、电、光等物理性能间的相互耦合和调控在基础研究领域及微纳米器件设计方面都具有重要意义。本项目针对两类ZnO基复合纳米材料： ZnO/氧化物磁性材料组成的复合纳米线和ZnO/磁相变合金（如Tb-Dy-Fe合金）组成的复合薄膜，系统研究结构、组成、尺寸和维度对材料物性的影响；研究磁性、输运性质、以及光学性能之间的相互影响，从理论和实验上揭示出复合纳米材料的物理性能与微结构之间的内在联系；系统研究ZnO复合薄膜材料的力-电耦合效应，磁-力耦合效应，理解复合纳米体系磁电耦合的物理机制；研究单根ZnO复合纳米线的输运性质；研究磁场、电场对复合纳米体系发光性能以及光催化性能的影响，为实现ZnO复合纳米材料性能的多场调控提供翔实可靠的理论依据。

通过将具有不同性质的两种或者多种材料进行复合，合成出的复合材料可由于乘积效应而具有单一组分材料所不具备的新性能，同时增加了调控材料性能的自由度，实现多场调控材料物理性能的目的。本项目研究了两类ZnO复合纳米材料：ZnO与氧化物磁性材料组成的一维复合纳米体系和ZnO与磁相变合金组成的复合薄膜体系的合成，系统研究了各种形貌ZnO纳米材料可控合成条件，摸索出形貌控制的关键因素；以碱式醋酸锌纳米片为基元，改变溶剂种类（水、乙醇、甲醇）和阴离子类别（醋酸根、硝酸根、碳酸根、氯离子），在非常温和的条件下（60 oC）自组装出各种形貌的ZnO纳米结构。设计、合成了具有核/壳结构的多孔Co3S4/CoP复合纳米棒并系统研究了其析氢催化性能。析氢催化反应研究结果表明，Co3S4/CoP纳米棒具有比单纯的Co3S4和CoP更为优异的催化析氢性能，这是由于Co3S4内核与多孔的CoP外壳之间的协同效应所致；设计合成了一种CoPS纳米颗粒负载于超薄基底的复合结构来用于电催化全解水。结果证明该样品不仅具有较小的析氢、析氧过电位，较低的Tafel斜率，还展现出了较好的稳定性。这主要得益于Al2O3基底有效防止了CoPS纳米颗粒的团聚，确保了活性位的充分暴露。设计、合成出201型MoS2-Ni-CNTs复合纳米结构材料，实验结果表明该复合物具有非常优异的微波吸收性能，是优异的轻质、宽频、高效微波吸收材料。本项目共发表SCI论文25篇，培养博士研究生7名，硕士研究生6名。