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(shù)與現(xiàn)代雷達(dá)的飛速發(fā)展，電磁波輻射對(duì)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(duì)電磁輻射的防護(hù)已越來越引起人們的重視。針對(duì)日常電磁污染的防護(hù)要求，設(shè)計(jì)及制備吸波材料是解決電磁污染危害的有效途徑。因此對(duì)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(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
　　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(hù)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(qiáng)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(diǎn)研究稀土摻雜對(duì)鈦酸鋇及鐵氧體材料的結(jié)構(gòu)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(luò)分析儀等測(cè)試分析方法，對(duì)鈦酸鋇材料的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、凝膠熱分解過程及吸波性能進(jìn)行了研究。結(jié)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(duì)鈦酸鋇材料晶體結(jié)構(gòu)、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(xì)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(lán)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(duì)

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(duì)拓寬頻帶寬度貢獻(xiàn)最大，小于-10dB的頻帶寬度拓寬了2倍多，Ce對(duì)拓寬頻帶寬度貢獻(xiàn)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(dòng)的幅度最大。以稀土鑭為例，研究了稀土摻雜量對(duì)于鈦酸鋇結(jié)構(gòu)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(duì)材料磁性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明：檸檬酸配比對(duì)飽和磁化強(qiáng)度（Ms）的高低無顯著影響，對(duì)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(shì)，在 pH=7.00處達(dá)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(tuán)聚機(jī)理，分析了檸檬酸、pH值、聚乙二醇對(duì)控制團(tuán)聚的貢獻(xiàn)。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(shí)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?？疾煜⊥翐诫s對(duì)鋇鐵氧體材料結(jié)構(gòu)、磁性能及吸波性能的影響。結(jié)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，