结构特征参数对镍纳米粒子电磁性能的影响机制研究

纳米粒子的形态结构特征是决定其性能的重要因素，揭示结构特征对性能的影响机制是纳米材料研究中的热点之一。本项目针对这一科学问题，在前期研究的基础上，提出对不同结构镍纳米粒子的结构特征参数与电磁性能的关系进行研究，进一步完善镍纳米粒子形态结构控制方法，揭示微观结构特征对宏观物理性能影响的相关规律。拟通过设计合理的实验，研究制备镍纳米粒子的基本工艺路线，掌握控制镍纳米粒子形态结构的关键技术和方法；重点研究空心结构，线状结构和管状结构的球壳厚度、粒子长径比、管壁厚度等结构参数与电磁参数的关系，结合实验结果和模拟计算从理论上分析结构参数对镍纳米粒子中晶面取向、磁畴方向、偶极子排列等所起的作用，进而从微观层面揭示以镍为代表的铁磁性金属纳米粒子的结构特征参数对宏观电磁性能影响的物理本质，建立相应的基本理论模型，并以此指导铁磁性金属纳米粒子的结构设计，为高性能电磁材料和器件的研究与开发提供科学基础。

纳米粒子的形态结构特征是决定其性能的重要因素，因此，研究纳米粒子的可控制备及揭示结构特征对性能的影响机制是纳米材料研究中的热点之一。本项目针对这一科学问题，对空心结构镍纳米粒子的制备及其结构特征参数与电磁性能的关系进行了研究，主要探讨了自催化还原反应法制备空心镍及镍合金粒子的形成机理，并对制备空心镍及镍合金颗粒的主要工艺参数进行了系统研究；对所制备的空心镍及镍合金颗粒进行电磁性能分析，通过计算对其微波吸收性能进行分析，为获得高性能的微波吸收剂提供理论依据。本项目基本按研究计划进行，并取得了预期成果，主要的研究结果有：1）建立了自催化还原方法制备纳米空心结构的基本模型，这一方法的特点在于模板由反应物生成，在反应过程中，它一方面作为反应模板在其表面提供催化活性点，另一方面为反应提供相应的物质，并发生自分解，使空腔结构得以形成。这一研究为制备其他具有空心结构的金属微纳米粒子提供了新的思路；2）揭示了空心镍粉结构特征对的其电磁参数的影响，空心球的粒子尺寸、组成成份均对它的磁特性和电磁常数有重要影响。在介电谱线上出现的共振峰是由粒子的固有电偶极子取向极化引起，在磁谱谱线上出现的共振峰是由自然共振导致。这一研究为制备高性能微波吸收材料提供了参考；3）在项目执行期间共发表署名项目资助SCI源论文6篇，其中影响因子≥3.0的论文2篇，发表的论文在项目执行期间被SCI他引20多次。提出的自催化还原制备超细空心金属镍粉的方法被国外多个团队采用。另外目前还有2篇署名项目资助论文已录用尚未发表；4）通过本项目资助共申请国家发明专利2项，其中1项已授权。编著出版专著一本。培养研究生7名，其中博士生5名（1名已毕业），硕士研究生2名（1名已毕业）。本人作为项目负责人，在项目执行期间由助理研究员晋升为副研究员。同时，在本项目为基础上所开展的研究工作进一步获得了国家自然科学基金项目（51371119）的资助。