氧化鐵納米復合材料結構轉變與相關物性研究.pdf

1、三氧化二鐵和四氧化三鐵是兩種重要的功能材料,它們的物理化學特性可以通過尺寸和形貌進行調控。二者之間還可以通過在不同氣氛下進行熱處理而發(fā)生結構的相互轉變。同時,它們在生物醫(yī)學、氣體傳感、光催化、電化學儲能、磁性存儲等方面都有極其重要的應用。然而,單一材料已經(jīng)不能滿足它們在實際中的應用。因此,人們發(fā)展多種方法來制備復合材料,使之具有多功能特性,從而拓展其應用領域。本論文主要針對三氧化二鐵納米復合材料,研究其結構轉變和相應的物理特性。

2、　　 通過液相方法制備了α-Fe2O3/ZnO核殼納米棒,研究其乙醇氣敏特性。發(fā)現(xiàn)它們與純α-Fe2O3納米棒相比,表現(xiàn)出了增強的氣敏特性。根據(jù)半導體能帶理論給出了其增強的氣敏機理;在氫氣氣氛下,進行熱處理α-Fe2O3/ZnO核殼納米棒可以轉變?yōu)镕e3O4/ZnO核殼納米棒。由于結構轉變后的Fe3O4/ZnO核殼納米棒呈鐵磁性,二者存在異質結界面,ZnO殼層在納米量級,導致它們具有較強的電磁響應特性,可以用來吸收高頻電磁波。同時,對

3、其相關機理進行了分析。
　　 利用兩種前驅物,通過液相方法制備了α-Fe2O3/SnO2核殼納米結構。其中,以β-FeOOH納米棒為前驅物制備的核殼納米結構中的SnO2厚度在10 nm左右,且核殼結合的較為緊密,它們之間可以形成異質結,導致它們具有較高的乙醇氣敏特性;而以α-Fe2O3納米棒為前驅物制備的核殼納米結構,核殼之間存在一定空隙,不能形成異質結。因此,它們的氣敏特性沒有較大提高。通過在氫氣氣氛下熱處理,將以β-FeOO

4、H納米棒為前驅物制備的α-Fe2O3/SnO2核殼納米結構轉變?yōu)槎嗫譌e3O4/SnO2核殼納米結構;并研究其電磁響應特性。此外,利用液相方法制備了SnO2/α-Fe2O3分級納米結構,這種納米結構的特征是,SnO2納米棒分成幾列平行生長在α-Fe2O3納米棒上。改變不同合成工藝討論了它們的生長機理,對其氣敏特性也進行了研究。
　　 以α-Fe2O3納米棒為前驅物,利用硫酸鈦水解方法制備了Fe2O3/TiO2核殼納米棒。研究了它

5、們在不同溫度下的結構轉變情況,并對其乙醇氣敏特性進行了研究,發(fā)現(xiàn)了它們不同于其他氧化物異質結納米結構的氣敏行為,并根據(jù)半導體異質結理論給出了相應的氣敏機理。另外,發(fā)現(xiàn)在較高溫度下(如800-1000℃),在空氣中將Fe2O3/TiO2納米復合結構退火可成功制備出Fe2TiO5三元組分納米材料。最后,研究了Fe3O4/TiO2核殼納米結構的電磁響應特性。發(fā)現(xiàn)了TiO2殼層的存在具有降低磁性材料在高頻電磁波下的渦流效應的作用,從而為磁性材料