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如图1所示,MOF衍生的多孔Ni₁₋ₓCoₓ@Carbon微球体现出演变的微球尺寸和微观结构。Ni@C微球的粒径为1.5 um,由核壳结构的纳米颗粒组装而成,并在微球表面附着纺锤状颗粒。随着Co含量的增加,制备的Ni₁₋ₓCoₓ@Carbon复合物中纳米颗粒和微球的整体尺寸都在增大(图1)。
II MOF衍生的Ni1-xCox@Carbon微球的电磁波吸收性能
III MOF衍生的Ni@C微球的磁特性和吸收机理分析
利用洛伦兹电镜和离轴电子全息技术,实现可视化地观察磁性Ni@C微球的本征磁特性和磁力线分布及作用范围。同时发现特殊的磁耦合效应有利于提升Ni@C微球的磁储存和磁损耗能力(图3)。
图3. MOF衍射Ni@C微球全息图(a, c, e)和对应的磁场线分布图(b,d, f)。
图4. (a)磁电协同Ni@C微球的微波吸收机理示意图,(b)多次反射,(c)传导损耗,(d)界面极化,(e, f)磁耦合和(g)磁共振损耗。
作为轻质高效的电磁波吸收剂,MOF衍生的Ni₁₋ₓCoₓ@Carbon微球具备良好的阻抗匹配特性和突出的衰减能力(图4)。磁电协同的Ni@C复合材料作为微波吸收复合材料,其介电损耗主要由两部分组成,一个是界面极化损耗,另一个是传导损耗。在MOF衍生的Ni@C复合材料中存在大量的异质结构界面。金属镍颗粒和石墨化碳组分构成了独特的接触界面区域。退火后的MOF衍生碳基体中存在大量的异质结结构,作为壳层的石墨化碳不仅包裹了Ni核,而且还与其他相邻的碳层相接触。高频微波作用下,驱动电荷逐渐聚集在形成的Ni-C和C-C界面的区域,累积的正电荷和负电荷分别位于界面的两侧,有利于增强的材料的界面极化和介电损耗能力。在碳热还原过程中,首先形成金属镍颗粒以提高电导率和介电常数虚部;同时,形成的镍颗粒或团簇起催化剂的作用,进一步促进了含碳有机配体的石墨化转化,共同提高了材料的电子迁移能力,有利于增强传导损耗。
磁性Ni@C复合材料可以提供优异的磁性能、特殊的磁耦合效应和增强的磁损耗性能。MOF衍生Ni@C复合材料具有最高的饱和磁化强度和最低的矫顽力值,有利于磁导率虚部和磁响应能力的提高。同时,强磁性Ni@C吸收剂可以从微球表面释放清晰的本体的磁场线和磁耦合现象(图3)。磁场线分布的区域远远超出了材料本身的体积范围,然而这在纯电介质微波吸收体系中是不可能发生的。磁碳Ni@C吸收剂不仅具有微球结构的内部磁损耗,而且扩大了磁响应范围,证明了其作为微波吸收材料的优越性。
撰稿:原文作者
Nano-Micro Letters《纳微快报》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc),包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、CNKI、CSCD、知网、万方、维普等数据库收录。2019 JCR影响因子:12.264。在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%)。2019 CiteScore:12.9,材料学科领域排名第4 (4/120)。中科院期刊分区:材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820),欢迎关注和投稿。
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