Ni-Co-Fe摻雜MnO2的制備及其微波電磁性能研究.pdf

1、為了研究離子摻雜對MnO2微波介電性能的影響，本論文采用水浴合成和水熱合成法分別制備了Ni/Co/Fe離子摻雜的MnO2。利用粉末X射線衍射分析儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線熒光光譜儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等材料檢測技術(shù)對產(chǎn)物的晶相、微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)特征、化學(xué)成分、電磁參數(shù)進(jìn)行系列表征，并借助第一性原理計算，對摻雜前后晶體結(jié)構(gòu)的磁性耦合狀態(tài)、電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)、晶格參數(shù)等進(jìn)行量子力學(xué)計算，從微觀層面解釋摻雜前后介電性能變化的機

2、理。
　　研究結(jié)果表明Ni/Co離子摻雜對于α-MnO2的微波介電性能影響明顯。在水浴合成的條件下，經(jīng)過Ni/Co離子摻雜后，α-MnO2的晶相和形貌變化不明顯，均為束狀團(tuán)聚的納米線，但復(fù)介電常數(shù)的虛部及介電損耗角正切值均增大，頻響特性明顯。主要介質(zhì)極化機理歸因于偶極子松弛極化，摻雜延遲了松弛時間，使得頻響特性明顯。理論計算結(jié)果表明O2p，Mn3d，和Ni3d軌道之間發(fā)生雜化，在外場作用下偶極子極化強度和電子極化強度增加，驗證了摻

3、雜后增強的介電損耗特性。
　　在Ni離子摻雜的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了考察反應(yīng)溫度及時間對微波介電性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在特定條件下當(dāng)溫度升高至100℃，時間延長至3h時，產(chǎn)物會由α-MnO2和γ-MnO2轉(zhuǎn)變?yōu)镸n3O4，形貌變化不明顯，但介電特性變化明顯:隨著反應(yīng)溫度升高和時間延長，復(fù)介電常數(shù)實部、虛部、介電損耗角正切值均逐漸降低，介電損耗性能變差，與晶體結(jié)晶度隨著溫度提高和時間延長趨于完整，晶體缺陷減少有關(guān)。
　　在水熱合成的條

4、件下制備得到了Ni/Co摻雜的β-MnO2，并對異質(zhì)離子摻雜等造成的晶體缺陷對產(chǎn)物微波介電性能的影響進(jìn)行表征分析。經(jīng)過Ni摻雜、Co摻雜以及Ni/Co共摻雜后，產(chǎn)物的形貌、晶相變化不明顯，但介電損耗強度增大，主要極化機理歸因于離子極化。計算結(jié)果表明引入Co離子、Mn/O空位后，在費米能級附近出現(xiàn)缺陷態(tài)，形成弱束縛電子和弱聯(lián)系離子，增強了電子和離子的松弛極化強度。
　　Fe摻雜對MnO2微波介電性能的影響與Ni/Co摻雜完全不同。經(jīng)