氧化物基磁性復(fù)合材料的制備和電磁性能研究.pdf

1、由于電磁波在軍事、工業(yè)及民用產(chǎn)品中的應(yīng)用迅速增加，越來越多電磁波進(jìn)入人類生活空間，電磁波輻射已經(jīng)對人體健康和各種電子設(shè)備造成危害。目前解決該問題的方法是用高吸收、低反射的吸波材料。氧化物基微波吸收劑具有成本低、抗氧化能力強(qiáng)、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，是微波吸收的常用材料。理想的吸波材料應(yīng)該是兼具介電損耗和磁損耗，以鐵氧體為代表的磁性氧化物吸收微波能量主要是靠磁損耗，介電損耗極低，有待提高。在對微波吸收材料進(jìn)行總結(jié)分析后，提出采用蔗糖硝酸鹽方法

2、制備鋇鐵氧體，然后有針對性探討鎳鈦取代，二氧化鈦、摻鐵氧化鋅以及導(dǎo)電高分子包覆對鋇鐵氧體性能的影響，最后原位生成氧化物基磁性復(fù)合微波吸收劑。 采用蔗糖硝酸鹽方法制備前驅(qū)體，熱處理得到粒度和磁性參量適當(dāng)?shù)匿^鐵氧體粉末。研究制備參數(shù)對物相組成、晶體結(jié)構(gòu)以及磁性能的影響，分析了過程機(jī)理。當(dāng)Fe/Ba=11.5、pH=6.5、處理溫度為1100℃和處理時間為90min獲到飽和磁化強(qiáng)度為62.2emu/g，矯頑力為2546.60e的單相六

3、角片狀鋇鐵氧體；而處理時間為120min時，飽和磁化強(qiáng)度為64.5emu/g，矯頑力為1848.90e。 Ni<'2+>Ti<'4+>取代鋇鐵氧體微觀結(jié)構(gòu)表明：在Ni<'2+>Ti<'4+>取代量x≤1.2時，鐵氧體可以容納化學(xué)配比的偏離，保持其晶體結(jié)構(gòu)；取代引起Mossbauer參數(shù)改變，四極分裂參數(shù)明顯變大，核外的電荷密度增加：2b和4f<,1>晶位亞譜所圍面積減小，同時這兩個磁晶位上的超精細(xì)場的變化較大，故取代離子優(yōu)先占據(jù)

4、2b和4f<,1>磁晶位。微波網(wǎng)絡(luò)分析表明，在取代量x≤1.2時，復(fù)磁導(dǎo)率的實部和虛部均隨取代量的增加而提高；在取代量x>1.2時，復(fù)磁導(dǎo)率的實部和虛部都減??；在測試的起始頻率處，隨著取代量的提高，介電常數(shù)的實部增加；復(fù)介電常數(shù)的實部隨著頻率的升高而降低，取代樣品下降更明顯。當(dāng)取代量x<1.2時，微波吸收峰移向低頻，微波損耗增加，取代量x=0.8、厚度為2.0mm的涂層對微波損耗為-11.92dB：當(dāng)取代量x>1.2時，吸收性能降低，主

5、要是偏離化學(xué)計量過多，晶體結(jié)構(gòu)破壞，材料中出現(xiàn)了雜質(zhì)相，微波吸收性能惡化。 采用非均相成核沉積技術(shù)和熱處理工藝，在鎳鈦取代鋇鐵氧體顆粒表面包覆二氧化鈦或摻鐵氧化鋅，制備了核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉體。對于TiO<,2>-鐵氧體系列，復(fù)介電常數(shù)的實部和虛部出現(xiàn)極化馳豫峰，隨著二氧化鈦含量的增加峰更尖銳，但磁損耗降低；對于ZnO-鐵氧體系列，復(fù)介電常數(shù)的虛部和復(fù)磁導(dǎo)率的虛部出現(xiàn)極化峰，復(fù)介電常數(shù)的實部有微弱的增加，磁損耗峰隨著氧化鋅含量的增加

6、而移向低頻。通過調(diào)節(jié)包覆層和鐵氧體比率，材料的電磁參數(shù)以及最小反射損失峰位可以調(diào)節(jié)，包覆層和鐵氧體的摩爾比率為0.1、厚度為2.0mm的涂層顯示較好的微波吸波性能，主要是由于氧化物包覆增加了復(fù)合顆粒界面，界面電子躍遷機(jī)會增加，界面極化能力增加，界面中磁疇一電疇交互作用增大，提高了介電損耗的貢獻(xiàn)。通過原位聚合反應(yīng)，得到聚苯胺高分子層包覆鋇鐵氧體復(fù)合顆粒。聚苯胺在聚合過程中受磁性粉體磁場的影響，在鐵氧體離子和聚苯胺之間存在化學(xué)作用，結(jié)構(gòu)有所

7、改變。在整過頻率范圍內(nèi)，復(fù)介電常數(shù)有明顯增加，磁導(dǎo)率隨聚苯胺含量的增加而降低。表面包覆導(dǎo)電聚苯胺后，鋇鐵氧體的微波損耗峰移向高頻，而在所測試的范圍內(nèi)微波吸收損耗低。 為提高包覆結(jié)果中對微波吸收有益組分含量而又不降低其它性能，嘗試原位復(fù)合技術(shù)制備含介電氧化物、鐵磁性的(鐵-二氧化鈦-鈦酸亞鐵)復(fù)合顆粒微波吸收劑，并研究其電磁特性。由XRD結(jié)果可知：在還原處理前驅(qū)體過程中，隨還原時間的延長，復(fù)合粉末中鐵和二氧化鈦含量提高，鈦酸亞鐵含

8、量降低，在還原4.0h后，XRD圖譜上顯示為鐵和二氧化鈦兩相物質(zhì)；但Mossbauer顯示存在二價鐵離子，并且是以FeTiO<,3>形式存在。樣品有較小的矯頑力，為軟磁特性。復(fù)介電常數(shù)的實部和虛部開始隨時間增加而增大，但是到一定的還原時間后又降低。復(fù)磁導(dǎo)率實部隨著還原時間的延長而提高，磁損耗峰移向低頻。涂層材料厚度在小于1.5mm時，損耗極低，電磁波未能在材料內(nèi)吸收，就被涂層后的金屬板反射，在厚度大于1.5mm后，涂層才顯示較好的微波吸