聚二甲基硅氧烷复合材料磁电容效应的研究.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．5(2014)057501Fe304纳米颗粒／聚二甲基硅氧烷复合材料磁电容效应的研究冰李圣昆唐军毛宏庆王明焕陈国彬翟超张晓明石云波刘俊十(中北大学，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，电子测试技术国家重点实验室，太原030051)(2013年l1月30日收到；2014年1月6日收到修改稿)提出了一种以Fe3O4纳米颗粒和聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成的复合材料为介质的平行板磁电容结构，并对其产生的磁电容效应的特点以及影响磁电容效应的因素进行了研究．对不同粒径的Fe3O4纳米颗粒按不同比例与PDMS混合形成的复合材料进行了测试．研究表明

2、，与无磁场情况相比，在外磁场作用下，Fe3O4纳米颗粒／PDMS复合材料的电容值和介电损耗均发生了改变，产生了磁电容效应．由该复合材料磁电容效应所产生的电容变化量随着纳米颗粒混合浓度的增大而增大，并且当纳米颗粒粒径尺寸大于常温超顺磁临界尺寸时，材料的电容变化量随着颗粒尺寸的减小而增大．关键词：Fe304纳米颗粒，PDMS复合材料，磁电容，超顺磁PACS：75．75．一C，75．50．Ee，82．35．NpDOI：10．7498／aps．63．057501料[12]等复合材料的磁电容效应研究．目前最大的1引言磁电容值为44％(磁场为1．5T)．但关于磁性纳米颗粒与聚合物混合形成的复合材料的

3、磁电容效应磁电容效应是指在外磁场作用下材料电容或的研究少有报道．介电常数发生变化的现象该效应是继磁电阻效Fe304纳米颗粒是一种同时具有铁磁性和良应之后又一研究热点．磁电容效应在磁场探测、智好导电特性的氧化物材料，该材料的超顺磁性和能滤波、多态记忆元以及磁场控制的压电传感器中生物相容性使其能够良好地应用于磁共振成像、具有重要的应用价值[2-4】．早期对磁电容效应的研药物输运等生物医学领域以及磁流体材料制备领究主要是针对锰氧化物类单相铁电磁材料，但这类域[13-16】．仿生学研究表明利用Fe3O4纳米颗粒组材料产生磁电容效应的磁相变温度很低，难以投入成的磁敏感结构进行地磁感测是实现生物导航

4、的实际应用【5—71．主要手段【"】．聚二甲基硅氧烷fPDMS)绝缘聚合近年来，随着纳米材料和纳米技术的出现，与物材料由于其低成本、易制备、表面化学性稳定等纳米材料相关的磁电容材料成为国内外课题组研优点被广泛应用于芯片封装、微通道结构制备等领究磁电容效应的重点．随着磁电容现象理论模型的域[18—201．完善和建立[8]．国内外小组开展了多种复合材料本文主要对Fe304纳米颗粒与PDMS组成的的磁电容效应研究，如关于无磁材料[0】、金属纳米复合材料的磁电容效应进行了研究，并分别分析颗粒填充压电材料形成的复合材料[10]、金属氧化了复合材料中Fe3O4纳米颗粒与PDMS的混合比物混合复合材料

5、、掺杂半导体型聚合物复合材例、Fe3O4纳米颗粒粒径尺寸对磁电容效应的影响，国家自然科学基金青年科学基金(批准号：51105345)、国家自然科学基金(批准号：91123016，61171056)、国家重点基础研究发展计划(批准号：2012CB723404)和教育部高等学校博士学科点青年教师基金(批准号：2011420120003)资助的课题．十通讯作者．E-mail：liuj@nuc．edu．an@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．ac．clrt,057501．17物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．

6、5(2014)057501从而为新型传感器的研发提供了新的研究思路和势，进而对PDMS薄膜产生力的作用，改变颗粒之方向．间的间距，引起颗粒问电容值的变化．同时，纳米颗粒自身的旋转改变了颗粒内部电子的偶极矩，进2材料及实验方法而改变了纳米颗粒自身电容值．实验中制备的Fe3O4纳米颗粒／PDMS复合材制备以Fe3O4纳米颗粒与PDMS组成的复合料结构的扫描电镜图如图1所示．从图1可以看出，材料为介质的平行板磁电容结构所需的原材料主Fe3O4纳米颗粒分散均匀纳米颗粒镶嵌在PDMS要有粒径尺寸分别为50和20nm的粉末状Fe3O4基质中，颗粒之间通过PDMS连接在一起．纳米颗粒、胶状PDMS绝缘

7、聚合物以及PDMS固化剂．在平行板电容的制备过程中，除了复合材料固化阶段，其他制备过程均在室温下进行．在磁电容结构的制备过程中，首先需将PDMS与固化剂通过机械方式按10：1的比例混合均匀，并进行真空处理得到均匀的胶状PDMS一固化剂混合材料．其中，真空处理是指将混合后的胶状材料放置在真空箱中一段时间用以排除在混合过程中材料内部产生的气泡．其次，将Fe304纳米颗粒与胶状PDMS一固化剂混合材料按照所需的比例进行均匀混合，并进行真空