[发明专利]一种复合多共振吸收钛掺杂钡铁氧体吸波材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有多共振吸收特征的掺杂钡铁氧体吸波材料及其制备方法，尤其涉及一种由同源掺杂、单共振或双共振损耗吸收钡铁氧体控制合成的多共振特征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

近年来随着各类雷达、微波通信、射频设备的迅速发展，尤其是抗电磁干扰，微波隐身技术和微波暗室的出现，吸波材料得到了广泛关注和深入研究。铁氧体是传统吸波材料，由于其兼具亚铁磁性和介电特性，在介电损耗和磁损耗两方面对吸波皆具有重要的贡献，且铁氧体价格低廉，制备工艺简单，吸波效果优良，抗腐蚀能力强，是吸波领域所使用的主要材料之一。

吸波特性通常与两方面的因素相关联，一方面与材料的本征特性有关，即材料的特性参数；另一方面在很大程度上与吸波系统的结构特征相关，也即与吸波系统内部材料堆积组成的拓扑结构，厚度等有关，根据传输线理论可知，这种结构因素在很多情况下更直接更主要地控制了最终的吸波性能。从吸波的角度看，为了改善最终的吸波性能，人们通常会考虑对材料进行改性，以及通过包括将多种不同特性的材料混合来实现。譬如，考虑是否可以通过对具有不同性能，如具有不同吸波频率特征的几种单一材料进行混合达到将其多个吸波频率在一个体系中共存以拓宽材料吸波频率范围的目的。然而，就如上面分析的，实际受传输限理论控制，最终吸波性能更关键的决定于电磁波传输的吸波体系的结构特征。也即很多情况下单一材料吸波特性本身是受结构体系共振控制而产生的，尽管不同的材料有各自的共振结构特征和吸收频率。而对多性能混合而言，多相混合用材料本身尽管其性能发生了一定的变化，但混合后对系统表现出的主要是一种综合效果，也即给出了一种平均性能结果，其传输系统的结构变化又不大(即不同组成和不同性能的粉末制备的吸波系统的粉末堆积关系并没有明显的不同)，因而只会给出一种平均的调制结果，也即尽管这时吸波特性与各自单一材料的吸波性能都不同，但也只是一种受混合材料平均性能控制的单一性能，而在很多情况下是无法达到如期待的那样将单一材料所表现性能进行合成的结果，实现多频率的共存和对频率的拓宽。显然，要想达到上述目的，最关键的是解决如何提高本身材料性能的控制效果。

而解决这一问题的关键是能否使材料在不同频率下具有不同的材料特性参数，从而在不同频率下都实现共振吸收，以此拓展吸波频宽。仔细分析吸波过程，根据传输限理论，材料本征性能对吸波效果的贡献取决于材料的介电和磁导率参数，而通常这类参数随频率是连续平缓的变化过程，受它们的控制，其系统的吸波特性因而表现出单一的一个共振特征频率。而由两种材料混合的体系，尽管这两个不同材料形成的单独体系具有不同共振频率特征，但是在混合后正是因为这时体系中的混合材料如上所述只会表现出一个平均的介电和磁导率参数效果，且随频率也只是一个平缓的过程，因而新的混合体系只能表现出单一的共振频率特征而形成在某一个频率下有较强的吸收，虽然这个频率与两个单独材料组成体系的共振吸收频率可能都不相同。因此控制材料在不同频率下具有不同本征特性参数，使相应吸波系统受此不同本征参数影响而在不同频率下产生各自独立的共振吸收峰，才有望在一个体系中实现多频率共振吸收共存，拓宽系统的吸波频宽。

基于这一原理，杜丕一等已经申请专利和发表论文（ 201310025848.5 和Sci. Technol. Adv. Mater. 14 (2013) 045002），通过在钡铁氧体(BaFe₁₂O₁₉)中掺杂高价的钛离子取代低价的铁离子，成功实现了材料的双自然共振现象，使磁损耗产生双自然共振峰。也即利用BaFe₁₂O₁₉体系产生本征的Fe³⁺自然共振以及再利用高价Ti⁴⁺离子掺杂使部分Fe³⁺转变成Fe²⁺，并在相邻Fe³⁺和Fe²⁺之间通过交换耦合产生离子对，获得不同于Fe³⁺自然共振频率的一个新的自然共振频率，从而达到了让材料本征参数之一的磁损耗在两个不同频率下独立增强，并与相应不同的频率间实现共振匹配，以控制不同频率下吸波系统性能的目的，也即控制材料在这两个不同频率下具有不同本征特性参数，从而使系统在两个频率下都产生共振吸收。