生物分級結構磁電氧化物的制備及性能研究.pdf

1、材料是人類文明的重要物質基礎,對社會的進步具有重要的影響。材料的性能除了與其化學成分有關,也在很大程度上取決于其結構。成份相同結構不同的材料,表現(xiàn)出的功能特性也有很大不同。所以,當前材料領域研究的熱點之一就是材料精細結構與其功能特性間的耦合效應。自然界中一些生物的精細結構和優(yōu)異功能特性給人們在制造和改善材料的過程中帶來了很多靈感和啟發(fā)。自然界的生物經過億萬年的進化,形成了各種各樣的微觀形貌及結構。生物體的分級結構與構成生物體的物質,具有

2、結構功能一體化。
　　蝴蝶的翅膀具有精細的分級結構,形成鱗片的甲殼素的折射率與空氣的折射率不同,入射光在蝴蝶翅膀分級結構中會產生各種各樣的光學響應,如散射、衍射等。各種各樣的光學響應,使得蝴蝶具有絢麗多彩的顏色。此外,對光的捕捉能力是某些蝴蝶的另一功能特性。雖然蝴蝶翅膀的成分較為簡單,但可實現(xiàn)求偶、捕食等各種功能,這要歸功于其結構的千變萬化。蝴蝶的精細結構不僅對其本身具有重要的意義,也給材料的設計研究提供了新的啟迪與指導。用具有各

3、種物理化學性質的其它物質來替換蝴蝶的原始材質,有望設計制備出具有良好功能特性的新材料。
　　已有的研究主要集中在二元氧化物的制備及其光學性能研究,有關三元氧化物,特別是磁電氧化物的研究鮮有報道。本研究將遺態(tài)材料的思想應用于制備具有生物分級結構的磁電材料,為磁電材料的制備提供了新的方法和思路。以兩種不同種類的蝴蝶為原始模板,研究了鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉和鐵酸鋅功能材料的制備工藝及功能特性。主要研究內容和結果如下:
　　1)針對鐵酸鉍

4、穩(wěn)定溫度范圍窄,容易形成雜相的特點,摻入鈦酸鉍鈉形成固溶體,通過對成分、燒結工藝的探索,成功制備了純相鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉粉末,并研究了其光催化性能和磁性能。鈦酸鉍鈉的引入能有效抑制雜質相的形成,純相鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉粉末的禁帶寬度為2.08 eV,并具有良好的可見光光催化性能和室溫鐵磁性能。
　　2)選擇兩種不同的蝴蝶:大紫蛺蝶和巴黎翠鳳蝶作為原始模板,其中大紫蛺蝶具有周期性類光子晶體結構,巴黎翠鳳蝶具有準周期性的準蜂窩狀結構。本文研

5、究制備鐵酸鹽遺態(tài)材料的方法,主要是改善制備工藝參數(shù),并采用XRD、FESEM等表征方法,研究鐵酸鹽遺態(tài)材料的晶型、形貌、微觀結構等信息,成功獲得了具有蝴蝶鱗片精細結構的鐵酸鹽功能材料。
　　3)采用溶膠-凝膠然后燒結的方法,成功制備了具有大紫蛺蝶鱗片結構的鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉復制品,并研究了光催化性能和磁性能,結果表明與無模板結構的鐵酸鉍-鈦酸鉍鈉粉末相比,該復制品具有良好的鐵磁性和更高效的光催化活性。
　　4)采用溶膠-凝膠然