改性沸石封装纳米磁性复合材料及其电磁响应行为

采用化学脱铝法制备孔径在2-50nm的介孔改性沸石骨架材料，并以此为基质材料在孔道中合成纳米磁性复合氧化物（掺杂氧化镁的四氧化三铁复合磁性材料），制得颗粒粒度与孔径相近的不团聚纳米磁性复合材料，从而获得具有反常吸波性能的特异磁性材料。在对以改性沸石构筑的介孔固体的化学组成、孔结构与形态、表面活性的研究基础上，探索孔道中封装掺杂氧化镁的四氧化三铁磁性复合氧化物的结晶粒度大小、结晶相、晶体缺陷类型、不同波段电磁波耦合吸收效能、主客体之间结合关系、载流子的形成和能量传递等特性，由此探讨孔道复合体界面耦合效应对电磁波吸收效能和稳定性的影响。本项研究将为利用天然沸石矿物结构特点构筑新型晶态介孔材料、为介孔组装体系主客体之间的界面效应对电磁波吸收效能的优化提供科学依据，还可以促进天然沸石矿物的高效开发与利用，促进纳米吸波材料制备技术与理论的快速发展。

采用模板剂-水热法合成了大孔径的改性沸石。采用内模板法以水玻璃、偏铝酸钠为硅源和铝源制备沸石结构导向剂，滴加模板剂[三嵌段共聚物(P123)]，并调节pH值，晶化、抽滤、洗涤、煅烧最终得到改性沸石；采用外模板法将阜新天然沸石原矿加入到模板剂中，最终得到改性沸石品。通过晶化压力、模板剂种类、模板剂添加浓度、晶化反应温度、晶化反应时间、扩孔剂等因素分析了对改性沸石的影响。结果表明：制备的改性沸石平均孔径可达29nm、比表面积204.588 m2/g、微孔比表面积1500.282 m2/g。由于该改性沸石平均孔径在2-50nm的介孔范畴之内，也称作介孔沸石。最终制备出适合封装纳米Fe3O4颗粒的介孔沸石，利用XRD、SEM、N2吸附/脱附对结果表征，对介孔沸石进行了结构表征并阐述了制备机理。以乙二酸为晶型控制剂采用共沉淀法制备出了形貌和尺寸可控的纳米Fe3O4颗粒；研究了晶形控制剂种类（EDTA、乙酸、聚乙二醇、乙二醇等）对于纳米Fe3O4的生长形貌及分散性能的影响；铁源种类（氯化铁、硫酸亚铁、氯化亚铁等）、沉淀剂种类（氨水、氢氧化钠等）、浓度、搅拌转速、沉淀反应时间、晶化时间、反应温度以及晶化温度对于纳米Fe3O4形貌形成以及分散性能的影响；利用XRD、SEM、TEM对结果进行了表征，并阐述纳米Fe3O4的制备机理。分别采用化学共沉淀和悬浮聚合复合法制备出介孔沸石与Fe3O4的复合材料。利用XRD、SEM、TEM、N2吸附/脱附仪、复磁导率测定对结果表征。通过表征结果的对比发现，悬浮聚合法的封装效果优于化学共沉淀法。磁滞损耗和介电损耗结果表明，介孔沸石属于电损耗吸波剂，在高频段有很强的吸波性能，而Fe3O4/介孔沸石复合材料在该频段存在明显的磁损耗，其原因可以从复合材料包覆结构特征解释：作为被包覆的Fe3O4具有较高的磁导率，特别是磁导率的虚部值；界面极化作用引起的介电损耗，Fe3O4颗粒被包覆在介孔沸石的内表面之后，微观上形成了两相界面，在电磁波的作用下，颗粒表面上的Fe原子产生界面极化，因此ε′′相应的增大，电损耗也相应的增加。通过该项目锻炼和培养了年轻教师1名，培养博士生1名、硕士生2名、本科生3名，并培养了两组本科生科技创新小组共7名学生。撰写学术论文10篇、申请国家发明专利1项。基于该项目的论文在澳大利亚布里斯班第IIV届IPMC上进行了国际交流。