尖晶石型和纳米铁氧体吸波材料

日期：2018-10-31 10:59

一、尖晶石型铁氧体吸波材料

国内外尖晶石型铁氧体吸收剂的研制都已有很长的历史。制备了NiZn铁氧体,在200MHz~1GHz的频段内,>10,p>30,c在10~20,c"很小,涂层厚度为4mm时吸收率R<-10dB,Cho等研究了 NiZnco尖晶石铁氧体,发现随着Cσ2-含量的增加,共振频率移向高端。国内对尖晶石型铁氧体的研究也已有定型产品,以柠檬酸和金属盐为原料采用有机凝胶-热分析法成功制备了Mn.2Zno.8Fe2Ce2O4(x=0~0.04)系列铁氧体纤维,由于稀土离子Ce3+具有较大的离子半径,当Ce3+进入MnZn铁氧体尖晶石晶格后,导致其晶格常数和晶格尺寸随掺杂量的增加而略微增大,但其纤维结构没有明显变化。另外Ce3+掺杂对MnZn铁氧体中AO-B超交换作用、阴离子的分布以及电子自旋之间的耦合作用也产生了一定程度的影响,致使MnZn铁氧体的饱和磁化强度增大,矫顽力下降,软磁性能有所提高。由于尖晶石型铁氧体磁晶各向异性场(HA)很小,使其应用频率受到限制,其在微波频段(大于108Hz)磁导率及吸收特性总体上不如六角晶系铁氧体,显著提高尖晶石型铁氧体的微波磁导率无论在理论上还是实际上都受到限制。

二、纳米铁氧体吸波材料

相对于常规材料,纳米材料的界面组元所占比例大、纳米颗粒表面原子比例高,不饱和键和悬挂键多,大量悬挂键的存在使界面极化,吸收频带展宽;纳米材料量子尺寸效应使电子能级分裂,分裂的能级间距正处于微波的能量范围10-2eV),为纳米材料创造了新的吸收通道;纳米材料中的原子和电子在微波场的辐照下,运动加剧,增加电磁能转化为热能的效率,从而提高对电磁波的吸收性能。因此,纳米材料具有优异的吸波性能。
纳米钡铁氧体的吸波效果均好于常规尺寸材料,其中粒径为76m的材料对微波的最大反射衰减可达28dB,大于10dB的吸收带宽达6GHz,在整个6.8~18GHz的频率范围内,吸收都大于5dB。将化学共沉淀法和机械球磨法结合起来制备出组分为Ba(Zna5Co3)2Fe16O2的纳米W型钡铁氧体,将含质量分数75%的样品粉末和环氧树脂混合压制成外径为7mm、内径为3mm、厚度为3~4mm不等的圆环进行吸波性能测试,研究结果表明,样品吸收峰随厚度的减小有向高频移动的趋势,这样就可以通过改变涂层厚度,从而改变吸收剂的适用频率。用溶胶凝胶法合成了组分为Ba(Zn0.7Coo.3)2Fe16O2的纳米W型钡铁氧体样品,XRD测试表明样品平均颗粒尺寸约65mm,相对于常规方法制备的平均颗粒尺寸为5μm的微米级样品而言,其吸波能力显著高于后者,损耗大于10dB的频带宽5GHz,而后者仅为3.5GHz;峰值损耗值更是达到了28.5dB。

用化学共沉淀法制备了纳米Ni0.5Zno. sCe Fe2-xO4(x=0,0.005,0.01,0.015)铁氧体吸波材料,用AV3618型微波矢量网络分析仪测试了样品在8.212.5GHz范围内的微波吸收特性,实验结果表明:稀土元素的含量影响材料的吸波性能,当x=0.01时,纳米Nio.sZno. s Cer Fe2-xO4铁氧体的吸波性能最佳。对于Ni.sZno.sCe.oFe1.99O4铁氧体吸波材料,当涂层厚度为1mm时,在测试频段内有三个吸收峰,第一吸收峰位于8.8GHz处,其吸收峰值为15.4dB.第二吸收峰位于9.5GHz处,其吸收峰值为14.8dB,第三吸收峰位于1.6GH处,其吸收峰值为13dB,10dB以上带宽达3.8GHz。

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