强磁场下新型二氧化锰微波磁损耗行为机理研究

二氧化锰由于其优异的物理化学性能在电化学和催化领域有着重要的应用，但其微波吸收性能尚未被开发。本课题组研究发现二氧化锰具有优良的微波介电损耗特性，但其磁损耗性能极弱，低频吸波性能较差，吸波频段较窄。在此基础上，申请人在强磁场作用下制备了新型二氧化锰吸收剂，并发现其磁损耗性能得到显著增强，吸波频段大大拓宽。然而，强磁场作用对提高二氧化锰磁损耗特性的影响机理仍是未解之谜！针对上述重要的实验现象和存在的主要问题，本项目拟对超导强磁场下制备的新型二氧化锰吸收剂的磁损耗行为及相关机理进行系统研究。通过对强磁场下二氧化锰生长过程研究，明确强磁场作用下二氧化锰不同形貌和微结构的形成机制和可控制备工艺，进而研究强磁场作用下二氧化锰的微观结构和电磁损耗特性之间的内在关系，阐明强磁场作用下二氧化锰磁损耗性能显著增强的微观机理。研究结果可以为高性能和宽频段的新型吸波剂开发提供新思路和理论依据。

二氧化锰由于其优异的物理化学性能在电化学和催化领域有着重要的应用，但其微波吸收性能尚未被开发。本课题组研究发现二氧化锰具有优良的微波介电损耗特性，但其磁损耗性能极弱，低频吸波性能较差，吸波频段较窄。在此基础上，课题组在强磁场作用下及掺杂条件下制备了新型二氧化锰吸收剂，并发现其磁损耗及介电损耗性能得到显著增强，吸波频段大大拓宽，然而强磁场及掺杂作用对二氧化锰磁损耗性能的影响机制还不明确，针对上述重要的实验现象和存在的主要问题，本项目对超导强磁场下及磁性元素掺杂条件下制备的新型二氧化锰吸收剂的微波损耗行为及相关机理进行系统研究。通过对强磁场下和掺杂条件下二氧化锰生长过程进行研究，发现强磁场下制备出的二氧化锰具有海胆球链状形貌，外加强磁场使复介电常数、电损耗正切值及复磁导率的实部均减小，而复磁导率的虚部和磁损耗正切值则明显增大。.结果表明, Ni/Co掺杂对α-MnO2微波介电特性的影响较为显著。经过Ni/Co离子掺杂后，α-MnO2的晶相和形貌变化不明显，均为束状团聚的纳米线，但复介电常数的虚部及介电损耗角正切值均增大，频响特性明显。主要介质极化机理归因于偶极子松弛极化，掺杂延迟了松弛时间，使得频响特性明显。理论计算结果表明O 2p, Mn 3d, 和Ni 3d轨道之间发生杂化，在外场作用下偶极子极化强度和电子极化强度增加，验证了掺杂后增强的介电损耗特性。.Fe掺杂对MnO2微波介电性能的影响与Ni/Co掺杂完全不同。经过Fe掺杂后，形貌、晶相均受影响，Fe掺杂型二氧化锰的微观形貌为空心类海胆球状结构，复介电常数的实部、虚部、介电损耗角正切值均随着掺杂量的提高而降低。第一性原理计算结果与实验现象相一致，具体表现为：Fe的掺入增强了MnO2中金属离子与O所形成的共价键的键强，能储存的键势能变大，从而使其电子云对外加电场的响应阻尼变小，最终表现为材料的介电损耗变小；并使得MnO2自旋向上和自旋向下的电子总态密度呈现明显的不对称性分布，促进了体系电子态的自旋极化现象，使MnO2出现磁性，表现为试样磁导率值的增大。.通过本项目的研究，明确了二氧化锰不同形貌和微结构的形成机制和可控制备工艺，同时明确了二氧化锰的微观结构和电磁损耗特性之间的内在关系，阐明了二氧化锰微波损耗性能显著增强的微观机理。研究结果为高性能和宽频段的新型吸波剂开发提供新思路和理论依据。