[发明专利]一种金属离子掺杂的钡铁氧体吸波粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钡铁氧体吸波材料及其制备方法，属于吸波材料技术领域。

背景技术

近年来，随着局域网、移动电话、卫星电视、雷达系统等电子信息技术的快速发展，电磁波已经无处不在，其应用和影响也日益广泛。由各种电子设备产生的电磁干扰和电磁波污染等问题严重影响着人们的工作和生活。为了提高抗电磁干扰能力，使电子设备能够正常运转；为了减少电磁辐射污染，使人们生活在健康的环境中，吸波材料的研究已经成为国民经济技术领域的重要组成部分。进而，在现代军事防御领域，吸波材料的开发也已经成为各国军事研究的重点内容。可见，吸波涂层材料无论在民用领域还是军事领域，都具有重要的研究意义和应用价值。

材料的电磁波吸收能力与其介电、磁和电阻率等材料性能密切相关。铁氧体材料作为一种具有优异的磁性能同时还表现出一定的介电性能的介质，在高频下有较高的磁导率，而且电阻率也较高，可避免金属导体的趋肤效应，电磁波易于进入并被快速衰减，因而被广泛应用于电磁屏蔽和隐身领域。研究表明，六角晶系钡铁氧体（BaFe₁₂O₁₉），因为其具有较大的磁晶各向异性场、高的饱和磁化强度、大的矫顽力、高的电阻率和优秀的化学稳定性，是高频微波应用领域最有潜力的一类材料。

作为吸波材料，在高频波段铁氧体的主要磁损耗机制是磁耦极自然共振现象，当电磁波的频率等于或接近铁氧体磁矩的自由进动频率时，发生自然共振现象，引起铁氧体强烈地衰减吸收电磁波能量。然而，在共振频率下虽然材料对于电磁波具有强烈的吸收行为，但通常情况下其共振机构确定，因而共振频率单一，也即通常对于单一材料而言，在共振频率下尽管吸波强度高但有效吸波频宽较窄(吸波频宽通常指吸波反射损耗RL<-10dB的频率范围)，一般低于6GHz。为了满足实际的吸波频宽要求，通常需要多种材料配合实现。若能够突破在一种材料中实现宽频带吸收的难点，显然对于吸波材料的实用化、低成本化和简化制备工艺等具有重要的意义。

研究发现，对于一些高价阳离子（如Ti⁴⁺，Zr⁴⁺，Nb⁵⁺），当其对钡铁氧体中的Fe³⁺进行取代时，本身体系为了维持电中性，其中高价的Fe³⁺会相应转变成低价的Fe²⁺。由于相邻Fe³⁺和Fe²⁺之间的超交换耦合作用，其耦合磁矩的自由进动频率会高于Fe³⁺磁矩的进动频率。也即，若适当控制这种掺杂，体系中会同时存在两种具有不同共振频率的不同共振机构，形成非单一共振机构的双共振体系，这样就会出现双共振损耗峰。由于这种双共振机构中每一共振机构具有各自的共振频率，且具有合适的频差，因而若能将这种双共振现象有效利用到吸波材料中，则这种双共振有可能引起对不同频段电磁波的分别吸收和吸收叠加效应，从而有可能达到宽频吸收的目的。

进一步，由于最佳微波透过窗口出现在8.0~1000.0mm，也即在通常所称的厘米波范围，这时透过率约100%。另一方面，毫米波雷达波束窄，角分辨力高，频带宽，隐蔽性好，抗干扰能力强。这些特点推动了其在诸多领域的广泛应用。而在频率为26.5~40GHz范围内的微波，其既具有厘米波的全天候特点、又有毫米波较好成像分辨率的特点，目前已经有多型这一波段内的雷达等在军事领域得到应用。因而，推动这一波段对应的吸波材料的开发，将有助于其在特定的吸波领域得到广泛的应用。

由于钡铁氧体本身的自然共振频率大于40GHz，也即小于7.5mm,所以需要控制这种材料的自然共振频率，使其吸收电磁波的频率在26.5~40GHz频段内。研究发现，铁氧体的自然共振频率正比于材料的各向异性场，而阳离子掺杂又可改变钡铁氧体的各向异性场，进而改变其自然共振频率。显然，利用改变其自然共振频率这一概念，有望达到改变材料吸收电磁波频段的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有宽电磁波吸收频率范围的金属离子掺杂的钡铁氧体吸波粉体及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明金属离子掺杂的钡铁氧体吸波粉体中所掺杂的金属离子为四价以上金属离子，所述钡铁氧体为单相晶体，钡铁氧体中同时存在Fe³⁺和Fe²⁺。

优选地，本发明所掺杂的金属离子为Ti⁴⁺。