稀土摻雜鈦酸鋇和鐵氧體納米材料的制備及吸波性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代微波電子技術與現(xiàn)代雷達的飛速發(fā)展，電磁波輻射對環(huán)境的影響日益增大，在繼噪音污染、空氣污染、水污染之后，電磁波污染已經(jīng)成了威脅人類生存的第四大公害，對電磁輻射的防護已越來越引起人們的重視。針對日常電磁污染的防護要求，設計及制備吸波材料是解決電磁污染危害的有效途徑。因此對電磁波吸收材料的研究具有非常重要的意義，制備性能優(yōu)異的吸波材料成為當前的研究熱點。
　　鈦酸鋇是一種電損耗材料，鐵氧體是一種磁損耗材料，它們屬于兩類截然不同的

2、電磁輻射防護材料，并可以采用摻雜處理來調(diào)整吸波劑的吸波頻段。但其吸收強度、頻帶寬度無法滿足新型吸波材料的要求。稀土元素吸波性能優(yōu)良，適量摻雜有望改善材料的吸波性能。因此本文重點研究稀土摻雜對鈦酸鋇及鐵氧體材料的結構與吸波性能的影響。
　　以醋酸鋇，鈦酸四丁酯為原料，采用溶膠-凝膠法制備了納米鈦酸鋇粉體。優(yōu)化并確定了鈦酸鋇制備的最佳工藝條件，即：溶膠濃度0.5mol/L，冰乙酸用量400ml/mol前驅(qū)體，水浴溫度60℃，凝膠煅燒溫

3、度850℃。借助XRD、Raman、FT-IR、SEM、TG-DTA、矢量網(wǎng)絡分析儀等測試分析方法，對鈦酸鋇材料的晶體結構、表面形貌、凝膠熱分解過程及吸波性能進行了研究。結果表明：所制得的鈦酸鋇粒子平均粒徑63nm，為純四方相晶相，且在2～18GHz頻段內(nèi)反射損耗小于-10dB的吸收頻帶寬為1.9GHz，最小反射損耗峰出現(xiàn)在4.4GHz，峰值為-25dB，具有較好的電磁吸收性能。
　　采用已優(yōu)化的鈦酸鋇溶膠凝膠工藝，制備了稀土鑭(

4、La)、鈰(Ce)、釹(Nd)、銪(Eu)、釓(Gd)、鏑(Dy)摻雜鈦酸鋇納米材料。考察稀土種類對鈦酸鋇材料晶體結構、晶格常數(shù)、粒徑、表面形貌及吸波特性的影響。研究表明：所有稀土摻雜樣品均形成四方相鈦酸鋇微晶，晶粒發(fā)育良好，粒徑在30～60nm之間。稀土摻雜引起了晶格畸變，使晶格常數(shù) a變大，粒徑細化，晶軸比變小，晶胞體積收縮。電磁性能參數(shù)都發(fā)生了藍移與壓峰，反射率減小，吸收帶拓寬，吸波性能得到了明顯改善。其中，Nd、La、Ce摻雜對

5、鈦酸鋇樣品的最小反射率影響較大，最小反射率小于-50dB；Nd、Eu對拓寬頻帶寬度貢獻最大，小于-10dB的頻帶寬度拓寬了2倍多，Ce對拓寬頻帶寬度貢獻最小，僅增加了0.5GHz。La摻雜使得鈦酸鋇材料反射損耗峰向高頻移動的幅度最大。以稀土鑭為例，研究了稀土摻雜量對于鈦酸鋇結構與性能的影響，隨著La摻雜量的增加，晶格常數(shù) a逐漸減小，晶粒粒徑、晶軸比和晶胞體積均為先增大后減小。摻雜量為0.2％、0.6%的稀土有效的降低了鈦酸鋇材料的最小

6、反射率，拓寬了吸收頻帶寬。
　　本文選用溶膠凝膠自蔓延法制備了 M型鋇鐵氧體 BaFe12O19。從磁性能角度，分析了檸檬酸、pH值對材料磁性能的影響規(guī)律，結果表明：檸檬酸配比對飽和磁化強度（Ms）的高低無顯著影響，對矯頑力（Hc）有顯著的影響，隨著檸檬酸用量的增加，粒徑逐漸減小，矯頑力逐漸增大。而隨著溶膠 pH值的升高，磁粉的Ms呈先增大后減小的趨勢，在 pH=7.00處達最大值，矯頑力隨溶膠 pH的變化并未呈現(xiàn)出顯著的變化。根

7、據(jù)團聚機理，分析了檸檬酸、pH值、聚乙二醇對控制團聚的貢獻。最終確定溶膠凝膠自蔓延法制備 M型鋇鐵氧體的工藝條件為檸檬酸與金屬離子的配比2:1，pH值7.0，聚乙二醇20g/L。借助 TG-DTA、XRD分析確定了 M型鋇鐵氧體煅燒溫度為850℃，煅燒時間3h。在此條件下制備的鋇鐵氧體材料經(jīng)分析為六角晶系 M型鐵氧體，最小反射率-12dB，小于-10dB吸收頻帶寬度僅為0.6GHz，吸波性能較差。
　　采用已優(yōu)化的鋇鐵氧體溶膠凝膠

8、自蔓延工藝，制備了稀土 Ce、Dy摻雜鋇鐵氧體材料。考察稀土摻雜對鋇鐵氧體材料結構、磁性能及吸波性能的影響。結果表明：各摻雜量樣品形成了 M型鐵氧體，隨稀土摻雜量的增加， Ms幾乎不變，但比同條件下未摻雜鐵氧體 BaFe12O19的Ms有所降低；矯頑力 Hc隨摻雜量 x的增加先減小后增大，在 x=0.2處出現(xiàn)極小值。在2～18GHz范圍內(nèi)，稀土摻雜使得 BaFe12O19材料的反射率明顯降低，有效拓寬了BaFe12O19材料的頻帶寬度，