钴掺杂的纳米钴锰氧化物基于第一性原理的结构、磁性、微波吸收的研究

摘要

近年来，军事吸波材料和移动通信设备的快速发展，使得微波介质材料成为国际上对这种材料研究的一个新动向。Mn3O4在超高磁数据存储，共振成像，药物输送，电池材料，催化剂和生物传感器等领域有着广泛的应用，吸引了大量的科学研究者对其性能进行研究。Mn3O4是一种典型的尖晶石氧化物[5]，通常被简写成AB2O4（其A和B分别代表着正二价和正三价的离子），这些含有多种价态的化合物有着复杂的化学性质和物理性质（比如磁性质）以及微波吸收性能。Mn3O4作为磁性电介质尖晶石，在低温下表现出复杂的自旋态，从而产生丰富的磁学性能。在过去的几年中，过渡金属元素（钴，铁，锰）锰氧化物掺杂已被广泛研究。
　　由于纯的Mn3O4组分单一，其微波吸收性能十分的微弱，因此我们通过钴元素对纯的Mn3O4进行掺杂，得到了一系列不同比例的钴锰氧化物，本论文研究工作主要围着着(Mn1-xCox)3O4的制备、表征以及磁性以及微波吸收方面性能的研究，为了更进一步的阐述其内在机理，我们基于第一性原理来对其态密度进行模拟计算。具体来说，论文的主要内容包括以下几个方面:
　　1.合成了一系列(Mn1-xCox)3O4纳米颗粒，通过调节钴和锰元素的比例来得到不同的产物。我们的反应温度低，为80～100℃。通过低温热分解法，成功的制备了粒径小于在6～10nm的(Mn1-xCox)3O4。随着Co的掺杂剂量的增加，产物的晶格常数发生变化。证明了我们的掺杂成功。而TEM和EELS图谱更进一步的证明了钴取代锰原子的掺杂。通过超导量子干涉仪(SQUID)对其磁性的测量，我们发现随着掺杂量的增多，阻挡温度有逐渐减小的趋势，并且在低温时的磁滞回线表明，样品的磁性跟钴元素的掺杂之间有着密切的联系。
　　2.掺杂之后的(Mn1-xCox)3O4由于钴的含量的不同，导致其微波吸收性能随着钴掺杂量的增多而变强，对于厚度为4 mm的样品，当x=0.5时，微波吸收可以达到-24.5dB，而进一步的计算结果表，随着钴元素含量的增多，Co和Mn的3d态之间的耦合逐渐加强，从而导致其自旋极化的劈裂也变大。导致了其微波吸收性能的转变。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 磁性理论介绍

1．1．1 物质磁性的来源

1．1．2 磁性物质的分类

1．2 微波吸收

1．2．1 微波吸收材料研究的基本理论

1．2．2 吸波材料的分类及吸波原理

1．3 本文的研究目的和方法

第二章．基本理论

2．1 第一性原理

2．1．1 第一性原理基本概念

2．1．2 计算思路

2．2 密度泛函理论

2．2．1 Hohenberg-Kohn定理

2．2．2 Kohn-Sham理论

2．2．3 布洛赫波

2．2．4 交换关联相互作用

2．3 计算方法

2．4 WIEN2K软件介绍

2．4．1．自洽迭代方法

2．4．2．计算流程

第三章．钴锰氧化物的制备以及表征

3．1．(Mn1-xCox)3O4的合成以及表征

3．1．1 实验过程

3．1．2 结构以及形貌表征

3．2 (Mn1-xCox)3O4的磁学研究

3．2．1 背景知识介绍

3．2．1．Co掺杂的(Mn1-xCox)3O4的磁学性质

第四章．Co掺杂(Mn1-xCox)3O4的吸波性能和态密度计算以及讨论

4．1 (Mn1-xCox)3O4吸波性能的研究

4．2 (Mn1-xCox)3O4态密度计算结果和讨论

结论

参考文献

硕士期间的研究成果

致谢

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