安徽大学校级大学生创新性实验计划项目申报书 - 图文

编号：

校级大学生创新性实验计划项目

申 报 书

项 目 名 称：溶液体系中磁场对产物微结构、形貌及其

物性影响的研究

申 请 者： 王培养 所 在 院 系： 物理与材料科学学院 专 业 年 级： 08应用物理

指 导 教 师： 吴明在 起 止 时 间： 2010.9-2011.6 联 系 电 话： 15055159061 电 子 信 箱： w-p-y@163.com 申 报 时 间： 2010.5.30

安徽大学教务处制表

填 表 须 知

一、《安徽大学校级大学生创新性实验计划项目申报书》要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸打印，于左侧装订成册。

二、申请参加安徽大学校级大学生创新性实验计划项目团队人数不得超过5人（1人为立项负责人，参与合作研究者1--4人为宜）。

三、《安徽大学校级大学生创新性实验计划项目申报书》由申报学生所在学院初审，签署意见后，一式三份（均为原件），报送教务处实践教学中心。

1

项目名称 申请经费 负责人 学号 溶液体系中磁场对产物微结构、形貌及其物性影响的研究 3000 姓名 起止时间 年级 所在院系 专业 B30814009 王培养 赵晓坤 甄扬扬 08 08 08 应用物理 应用物理 应用物理 15055159061 13866706145 15955119203 w-p-y@163.com zhenyy168@126.com 胡敬敬 职 称 副教授 08 应用物理 所在院系 物理与材料科学学院 13696515775 联系电话 E-mail 联系电话 2010.9-2011.6 E-mail 参B30814003 加成B30814050 员 B30814048 姓 名 吴明在 指导老师 15955127125 mingzaiwu@gmail.com 2

一、项目申请理由（包括项目背景及自身具备的知识、素质、能力等研究等条件） 温度与压力是我们所熟知的热力学变量。在过去的十多年中，科学家们致力于调变反应体系的温度和压力来获得新物相，取得了大量的研究成果。然而，人们在充分利用温度、压力这两个热力学变量操纵化学反应的同时，长期以来忽视了另一个热力学变量——磁场。这种状况是由于地磁场（0.5G）对制备体系影响甚微所致。随着科技的进步，人类所能获得的磁场越来越强，目前已经高达60T。强磁场对物质的作用日益引起了人们的重视。从原理上讲，强磁场能够为溶液反应体系提供新的反应环境。磁场对反应物质电子自旋和核自旋的作用，可导致相应的化学键松弛，诱发新的物理化学变化，使反应物活化，反应选择性提高，获得一系列原来无法制备的新材料、新化合物，甚至对关系到人类未来的粮食、能源、功能梯度材料和生物机能材料等方面的创新和变革均具有重要的实用价值。虽然目前所能获得的磁场强度还不能破坏化学键，但容易引起体系中物种的构象变化、结构重排或使他们在磁场中呈特定的空间取向，从而影响水热/溶剂热的成核而导致新相的产生，或抑制成核、降低生长速度而影响晶体生长动力学。 我们拟通过在溶液体系中引入磁场，建立外加磁场强度与反应产物微结构、产物形貌以及磁性能之间的关系，本项研究对于冶金工业和电子工业材料性能的改善都有很现实的意义，同时，也为磁场与物质的相互作用的相关理论提供实验数据。 两年的大学学习，我们积累了丰富的理论知识；三个学期的基础物理实验，培养了我们的实验动手能力，而这些正是这次创新实验的必备基础。我们已经具备了一定的自主改进实验，设计实验的素质和能力。怀着极大的兴趣，我们将会充分发挥我们所学的知识和利用学校一切可能的资源；通过团体的努力，我们一定能把这个项目做好。 3

二、项目研究内容（目前研究的现状、方法、观点、难点、特点和提出的创新点等） 1、研究现状 近年来，国外已经有一些研究小组尝试着将外磁场引入到各种合成过程中并且得到了一些成果。1980年，一位日本学者[1]成功地将磁场应用于高分子材料合成，进行了磁场作用下的苯乙烯乳液聚合，实现了磁化学研究的突破性进展，表明磁场在材料科学的研究过程中具有重大的实用价值。此后，各种关于磁场条件下的高分子化学反应的报道相继出现，高分子磁诱导研究取得了丰硕的成果[2-3]。随着磁化学的发展，磁场被引入到各种各样的过程中，包括被引入到无机化学合成中，特别是电化学法沉降无机颗粒。Coey等人[4-5]在用电沉降铜时引入了一个均匀磁场，发现当磁场与电解池成不同的角度时，在电解基质上的沉淀的铜的形貌是不同的。Imre等[6]在磁场条件下得到了分形 (Fractal)的树枝状(tree-like)钴单质和镍单质。Bodea等人[7]用Fe(SO4)的溶液做电化学沉淀金属铁研究时引入了磁场，发现了磁场对产物的形貌的影响。在这些工作中，被沉降的粒子包括铁磁性的Fe, Co和Ni，还包括非磁性的Ag, Cu, Zn，和Bi等粒子。 尽管人们已经能够将磁场应用于各种反应体系，并且制备了一些具有独特形貌的产物，但是对这些磁场诱导合成产物的微结构以及其物理性质的研究却是最近的事情[8-9]。最近几年，我们物理与材料科学学院实验室发展了磁场诱导水热体系的研究，并取得了一些很有意义的成果[9-10]。 磁场下的水热诱导反应不仅可能会形成具有独特形貌的磁性纳米材料，而且通过磁场诱导能够改变产物的微结构，进而改善产物的磁性质，开拓了磁性材料的合成方法，对于高温冶金工业，电子工业的材料设计和改进都有重要意义，值得深入研究。 参考文献： [1] N. J.Turro, M. F. Chung, et al. J.Am. Chem. Soc.,1980,102,7391 [2] 周朝华，苏致兴，高等学校化学学报，1981，3，372. [3] S. Maiti, D.J.Bag, Polymer,1993,10,187. [4] G，Hinds, F. E. Spada, J. M. D. Coey, et al., J. Phys. Chem. B, 2001, 105, 9487 4

[5] J. M. D. Coey, G., Hinds, et al., Europhys. Lett.,1996, 47(2),267 [6] A. R. Imre, L. Balazs, Fractals-Complex Geometry Patterns and Scaling in the Nature and Socity, 2000, 8(4), 349 [7] J. M. D. Coey, G. Hinds, et al，Mater. Sci. Forum, 2001, 373(3), [8]李立伟，邱红梅，赵雪丹，徐 美，秦良强，还原反应法制备的Fe3 O4薄膜的结构和磁性，中央民族大学学报(自然科学版)，2006，Vo1.15(4):325-338 [9] 张国民，潘礼庆，王志远，范崇飞, 高温退火Fe3 O4薄膜的结构和磁输运性质研究, 中央民族大学学报(自然科学版), 2004,Vo1.13(2) [10]Wu MZ, Xiong Y, Jia YS, Niu Helin, Qi Haiping, Ye Jing, Chen Qianwang. Magnetic Field-assisted Hydrothermal Growth of Chain-like Nanostructure of Magnetite.CHEMICAL PHYSICS LETTERS 401 (2005) 374 [11]Wu MZ, Xiong Y, Peng ZM, Jiang]Wu MZ N, Qi HP, Chen QW The enhanced coercivity for the magnetite/silica nanocomposite at room temperature MATERIALS RESEARCH BULLETIN 39 (2004) 1875 2、研究方法及创新点 1） 考虑到水热技术能在较温和的条件下合成多种材料，尤其是能合成通常只能在高温下才能形成的材料的特点，计划在水热反应釜中引入磁场（NdFeB永磁体），在常规水热合成的基础上，研究磁场对氧化物和金属粒子的成核和生长的影响规律。 2） 磁场诱导合成具有一定晶体取向、特定微结构的各种磁材料。通过理论分析和实验摸索选择合适的过渡金属离子（Fe，Mn，Co，Ni）的配合体加到水热反应体系中，选择水合阱做还原剂，由于其较好地延缓了体系中的反应速度，增加了外磁场对产物结晶过程的作用时间，使得磁力能在合成过程中可作为磁性材料取向生长的诱导因素，诱导其沿着易磁化轴方向生长，从而形成其它方法难以合成的一维纳米结构。 3） 选择不锈钢、单晶硅等为衬底，研究Co等磁性金属粒子和一维纳米线或棒在磁场下的自组装行为，选择合适的高聚物（如PMMA）等材料通过在基底原位聚合的办法将自组装结构保持下来。 5

4） 采用X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜、高分辨电子显微镜、电子衍射等手段对所制备的磁性样品的结构、形貌和组装结构进行系统表征。 5）采用磁力显微镜观察所合成的单晶纳米线的磁畴结构，室温磁测量采用震动样品磁强计（VSM），用Nb微桥DC-SQUID对纳米线低温磁化率进行测量，认清所合成的易磁化轴方向生长的单根纳米线的本征磁化特征。 三、项目进度安排（查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等） 本项目计划四个阶段完成(2010.9-2011.6)： 2010.9-2010.11 查阅文献，收集资料，制定可行的实验方案，根据实验方案，购买实验所需的材料； 2011.12-2011.1 搭建实验平台，进行设备加工及改造, 制备出合格样品及初步结构分析； 2011.2-2011.4、对产物进行表征,包括形貌，微结构，极其磁性能； 2011.5-2011.6 分析实验数据，并完成数据分析、综合、计算、撰写有关论文。 6

四、拟利用资源（实验室、研究所、实验教学示范中心、创新实践基地、仪器设备、资料等） 本课题以安徽大学物理与材料科学学院为依托，拥有纳米材料制备, 结构分析和物性测量等方面所需要的基本实验条件。在制备方面有多种规格和型号的水热反应釜、电磁铁、永磁铁等材料制备手段。 结构表征和物性测试方面的主要实验条件有: X-射线衍射仪, 透射电子显微镜, 高分辨电子显微镜, 场发射扫描电子显微镜、 振动样品磁强计、ESR和低温磁测量装置等。 五、项目经费预算与用途（购置实验材料、试剂、药品、加工测试、资料、复印、调研、交通等经费开支） 试验药品 600元 NdFeB永磁体 800元 样品测试费用 800元 交通费用 200元 资料、文章版面费及复印等 600元 六、项目预期成果（研究论文、申请专利、工程设计、调研报告、开发软件、研制产品、项目鉴定等） (1) 建立一种磁场下水热合成磁性材料的方法，加工合成装置； (2) 磁场下合成磁性金属Co，Ni和合金Ni-Fe、Cu-Ni、Co-Cu纳米粒子，并组装成一维纳米结构； (3) 认识磁场对铁氧体纳米材料微结构和磁性能的影响规律。 研究结果主要以论文形式发表,在国内外重要学术刊物上发表论文1篇 七、项目诚信承诺 本项目负责人和全体成员慎重承诺，该项目研究不抄袭他人成果，不弄虚作假，先诚实做人，再诚信做学问和研究，按项目研究进度保质保量完成各项研究任务。 项目负责人签名： 项目组成员签名： 年 月 日 年 月 日 7

八、指导教师意见（从项目学科性、前沿性、可行性、研究性、可操作性和成效性加以评价） 水热溶剂热反应体系是一门很成熟的技术，但本项目创造性的将NdFeB磁体引入水热反应釜中，发展了液相体系的磁化学，具有较强的可操作性，是完全可行的。磁场下诱导合成磁性纳米粒子体系并研究外磁场对体系产物微结构形貌及性能的影响规律不仅具有较强的科学研究价值，在当前国民经济领域中的各个电子，冶金行业也具有较强的技术价值，对于改善提高合金、磁性材料的性能都具有极其重要的技术意义。因此，我强烈建议对该项目进行立项支持。 签 名： 年 月 日 九、学院意见： 签名盖章： 年 月 日 十、学校意见： 签名盖章： 年 月 日 8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nha8.html