[发明专利]珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼酸锰Mn₂OBO₃一维纳米材料及其制备方法，采用静电纺丝法制备了具有珠链状一维纳米结构的Mn₂OBO₃纳米线，属于纳米材料技术领域。

背景技术

Mn₂OBO₃是一种混合价态过渡金属硼酸盐，具有硼镁钛矿(Warwickite)结构。1995年，R.Norrestam研究小组首次合成了Mn₂OBO₃晶体并对晶体结构进行了详细的描述。在Mn₂OBO₃晶体中，MnO₆八面体借助于BO₃基团通过共顶点相互链接起来。由于Mn有两种价态，即Mn²⁺和Mn³⁺，所以晶胞中包含有两种不等价的MnO₆八面体配合物基团，即Mn⁽²⁺⁾O₆和Mn⁽³⁺⁾O₆八面体。其中Mn⁽³⁺⁾O₆八面体沿着轴向扭曲产生的Jahn-Teller效应表明Mn⁽³⁺⁾-Mn⁽²⁺⁾之间的电荷有序以及Mn⁽³⁺⁾中的d_z²轨道有序。

关于Mn₂OBO₃的研究报道，主要集中于晶体结构、热学性质、磁学特性、电子运动特性等方面。热学和磁性能研究表明，Mn₂OBO₃在105K存在铁磁-反铁磁转变，在70K温度以下表现出弱铁磁行为。但中子衍射实验证实这种长程反铁磁有序仅出现在26K以下，并指出先前报道的转变是由于样品中的不纯相产生的。因此关于Mn₂OBO₃的铁磁转变仍是一个有争议的问题。合成高质量的Mn₂OBO₃样品对于其特性研究至关重要。

在样品制备方面，目前主要的合成方法是固相烧结法，以Mn₂O₃和B₂O₃为反应原料，经800℃烧结四天合成出了Mn₂OBO₃，但产物相不纯，始终有Mn₂O₃剩余。以Mn(NO₃)₂·4H₂O和H₃BO₃为初始原料，充分混合后在700℃烧结三天成功获得了Mn₂OBO₃单晶颗粒。以MnCO₃、H₃BO₃分别为Mn源和B源在700℃下烧结60小时获得了Mn₂OBO₃多晶颗粒。上述方法得到的都是块材或粉体材料，制备非常耗时，并且产物纯度不高。合成方法的滞后严重阻碍了其性能的进一步深入研究。迄今为止，还没有关于Mn₂OBO₃一维纳米结构及相关性能方面的研究报道。一维纳米结构由于在两个维度上受限于纳米尺度，因而表现出不同于三维受限的纳米颗粒，具有新的特性。在基础研究方面，一维纳米结构为研究空间维度和尺度对物质性质的影响提供了一个理想的模型；在应用研究方面，在介观领域中微纳米器件的研制具有重要的应用前景。