论文部分内容阅读
本论文利用氨气为氮源,金属锰粉为原材料,采用氨解法制备了不同反应温度、反应时间以及氨气流量下的氮化锰样品。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、矢量网络分析仪(VNA)和振动磁强计(VSM)等仪器对氮化锰的相结构、显微形貌、静磁性以及微波电磁性能进行表征。利用Material Studio5.0(MS)软件中的Castep模块对不同的氮化锰晶胞进行第一性原理计算,从结构优化、电子总态密度、电子分波态密度、二次差分电荷、磁矩等方面出发,在电子、原子层面对氮化锰电磁性能进行分析。研究结果表明反应温度、反应时间、氨气流量这三个因素对于氮化锰的相组成有明显影响。当反应温度达到400℃时,氮化锰即开始生成。在反应温度达到600℃时,氮化锰为纯净的Mn6N5相,当温度低于600℃时,随着反应温度、反应时间和氨气流量的增加,氮化锰从低氮相逐渐向高氮相转变。当反应温度高于600℃时,Mn6N5开始分解,延长反应时间对相结构影响不大,增加氨气流量更易得到高氮相。这些现象主要与氨气的分解率、体系的氮分压以及相的热力学稳定性有关,磁性能分析结果表明900℃时得到的氮化锰静磁性能最优,饱和磁化强度最大可以达18.23emu/g,矫顽力为540e。对其复数磁导率进行涡流损耗公式计算表明存在涡流损耗。复数磁导率在2-6GHz存在共振峰,磁导率虚部在2.75GHz出现最大值0.34,朗道-利夫席茨-吉尔伯特方程(LLG)拟合结果说明此共振峰来源于自然共振损耗。对氮化锰的介电性能分析,发现复介电常数实部在2-18GHz基本恒定,而虚部低频时几乎为0,但随着频率的增加呈现增大的趋势,说明体系内存在电偶极子极化。反射损耗模拟结果表明Mn4N在2-6GHz有更优的吸波性能。对不同粒度的Mn4N进行电磁及吸波性能研究发现,随着尺寸粒度的减小,Mn4N的饱和磁化强度逐渐增加,复介电常数逐渐降低,复数磁导率实部逐渐增加,而虚部逐渐降低。2mm厚Mn4N/石蜡反射损耗模拟结果表明的70-100目Mn4N具有最优的吸波性能。以标准PDF卡片的数据为基础,对Mn, Mn4N, Mn3N2,MnN四种单胞的电磁性能进行第一性原理的计算。Mn4N的态密度呈现能级劈裂,自旋向上态密度与自旋向下态密度明显不对称,磁矩计算结果为0.98μb,展示了良好的磁性能。而其他的晶胞展示对称的态密度,磁矩为0μb。这与静磁性能及复磁导率实验结果一致。键分析结果表明金属锰为金属键,MnN为离子键,而MnaN与Mn3N2为离子键、共价键、金属键三者混合键。离子键与共价键更易响应外电场,提高复介电常数。