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    我校材料科學與工程學院功能磁性材料團隊在陶瓷類權威期刊發表多項成果

    發布時間:2023-03-17   文章來源:材料學院   瀏覽:

    近期,我校材料科學與工程學院功能磁性材料團隊在M型鍶鐵氧體、高性能方鈷礦熱電磁材料等方向取得系列重要進展。

    六角晶系M型SrFe12O19鐵氧體是一類得到廣泛應用的永磁材料。團隊利用水熱法制備的SrFe12O19鐵氧體粉末,燒結制備了扁平的圓柱狀塊體材料,首次發現了各向異性的硬磁-硬磁晶粒之間的交換耦合作用,有別于在塊體材料中常見的各向同性交換耦合作用。在實驗基礎上,團隊構建了理想和實際晶粒模型對其產生的機理進行了解釋。相關研究成果發表在國際陶瓷類影響因子最高的一區期刊Journal of Advanced Ceramics(IF:11.534)上。20級研究生張爽為第一作者,功能磁性材料團隊負責人夏愛林教授為通訊作者。

    (高溫燒結的扁平圓柱狀SrFe12O19鐵氧體塊體的(a)理想和(b)實際晶粒模型)


    團隊通過對具有層狀和多孔的淬火鑄塊進行長時間退火,并結合SPS高壓燒結工藝制備了具有獨特渦旋-條狀晶粒的高性能方鈷礦熱電材料。研究發現,較高的性能源于獨特的渦旋-條狀微結構構筑的載流子輸運通道、界面效應及其產生的致密位錯優化了材料的電和熱輸運性能。實驗所得最大熱電優值(ZT值)為1.45,這是相同成分單相方鈷礦材料中的最高值。相關研究成果發表在國際陶瓷類一區期刊Journal of the European Ceramic(2023,43:1985-1991)上。劉志愿副教授為第一作者和通訊作者。

    (具有渦旋-條狀晶粒結構的(Ba,In)填充方鈷礦熱電材料Ba0.3In0.25Co4Sb12的(a-d)微結構形成示意圖和(e)ZT值)


    團隊采用合金化工程解決了p型方鈷礦熱電材料含較多雜質相和較高載流子濃度導致的低Seebeck系數的兩個難題,協同優化了p型方鈷礦材料電和熱輸運性能。此外,通過第一性原理計算和實驗結果均證實,適量的摻雜可以抑制材料帶隙的減小和高溫本征激發,從而使得p型方鈷礦材料在高溫較寬的溫區能夠保持較高的ZT值。最優樣品在650-800 K溫度范圍內的平均ZT值接近了0.8,該值優于報道的其它相似成分的p型方鈷礦材料的性能。相關研究成果發表在國際陶瓷類影響因子最高的一區期刊Journal of Advanced Ceramics(2023,12:539-552)上。劉志愿副教授為第一作者和通訊作者,煙臺大學環境與材料工程學院馬祖駒教授為共同通訊作者。

    (合金化工程協同優化p型方鈷礦材料電和熱輸運性能,并通過控制帶隙減小,抑制高溫本征激發)


    研究成果為后續鐵氧體和熱電材料及器件的磁性納米復合化研究提供理論和實驗支撐。以上研究得到國家自然科學基金面上項目(51772004,51872006,52272263和22273081)、安徽省優秀青年基金項目(2208085Y17)和安徽工業大學“青年拔尖計劃-青年學者”人才項目的支持。

    論文鏈接:

    https://www.sciopen.com/article/10.26599/JAC.2023.9220722

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221922010111?via%3Dihub

    https://www.sciopen.com/article/10.26599/JAC.2023.9220702

    (撰稿:汪盛顏 審核:李永濤 張苒 杜飛)

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