[发明专利]具有间隙原子调制特性的电磁波吸收材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁波吸收材料，特别涉及利用间隙原子(C、N等)对材料特性加以精确调制以后，专门适用于在高于1G赫兹频段的高频、宽频带环境要求下工作的电磁波材料。

背景技术

随着现代社会人们对电磁波的应用领域、使用频段的不断扩展和提高，以对电磁波的辐射防护和能量吸收为目的，开发新型、高效的电磁波吸收材料(简称吸波材料)，成为研究人员日益紧迫的挑战。从民用方面的电磁污染治理、电磁辐射防护；到军事应用方面，针对雷达信号的隐身技术；以及在科研领域，为精密测试、保密研发开展的电磁屏蔽与防护，都迫切需要的相关工程材料、结构材料、仪器配件等本身或其表面层材质，具有电磁波吸收特性。从而保证人员和仪器不被干扰和损害，或是在军事对抗中通过电子“隐身”占领先机。

目前广泛使用的磁性吸波材料是铁氧体材料。“Broadband and thin microwave absorber of nickel-zinc ferrite/carbonyl iron”(Journal of Alloys and Compounds487(2009)708-711)公开了铁氧体和金属颗粒的吸波复合材料；“Dependence ofMicrowave Absorbing Property on Ferrite Volume Fraction in MnZn Ferrite-RubberComposites”(D.Y.Kim，Y.C.Chung，T.W.Kang，and H.C.Kim IEEETRANSACTIONS ONMAGNETICS，VOL32，NO2，MARCH1996)公开了铁氧体的电磁波吸波材料。然而，铁氧体材料的频带狭窄，密度大，吸收率低，并且其工作频率一般也很难达到GHz至几十GHz的特高频、超高频乃至极高频部分范围内的微波波段。

稀土元素作为“工业的维生素”，在材料的应用中往往会起到意想不到的结果。中国发明专利申请200710049468.X公开了稀土掺杂的以α-Fe为主的稀土铁基吸波材料。中国发明专利201010230672.3公开了平面型2:17稀土-3d过渡族金属间化合物电磁波吸收材料，材料的易磁化方向与C轴垂直。中国发明专利201010230671.9公开了由稀土元素和铁氮构成的2∶17相的材料，材料通式为R₂Fe₁₇N_3-。这些工作的吸波材料相对于铁氧体材料来说都有了显著的性能改善。

但现有技术仍存在以下几个方面的不足之处：1.吸收率不高，尤其是在5、6GHz以上的频段，难以达到有效吸收强度；2.工作频段范围窄，尤其是能够达到有效吸收率(<-20dB)的带宽范围更小；3.匹配厚度过大，通常为了达到满足基本工作需要的吸收强度需要匹配厚度在3mm以上，乃至最高达到6-7mm。这种情况使得现有的吸波材料在一些特殊领域，尤其是军用方面，几乎无法应用。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种电磁波吸收材料及其制备方法，该材料可以在较薄匹配厚度对1GHz至100GHz高频电磁波具有显著较强的吸收能力；并且利用本发明提供的制备方法，可以根据不同使用条件，实现精确调制工作频率的特性。

本发明的电磁波吸收材料的通式为R₂Fe₁₇N_xC_y，通式中R为稀土元素中的Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中的任一种或多种的任意组合，x和y分别为进入晶格间隙位置进行调制的氮、碳原子含量，0≤x+y≤9，且x和y不同时为0；所述电磁波吸收材料是将所述稀土元素R与铁元素混合熔炼制成R₂Fe₁₇型母合金坯，经粗破碎后引入间隙碳原子和/或氮原子对母合金晶体的磁性进行调制而得。

本发明优选的电磁波吸收材料的化学式为Nd₂Fe₁₇N_3.3、Nd_1.75Sm_0.25Fe₁₇N_3.5、Nd_1.65Sm_0.35Fe₁₇C_2.5、Nd_1.75Sm_0.25Fe₁₇N₂C_2.2。