Bi系鈷氧化物與鐵氧體復合材料的吸波性能研究

倪江利，馮雙久，黃文娟，蘇 磊

（1.安徽三聯學院 基礎部，安徽 合肥 230601；2.安徽大學 物理與材料科學學院，安徽 合肥 230039）

Bi系鈷氧化物與鐵氧體復合材料的吸波性能研究

倪江利1，馮雙久2，黃文娟1，蘇 磊1

（1.安徽三聯學院 基礎部，安徽 合肥 230601；2.安徽大學 物理與材料科學學院，安徽 合肥 230039）

采用固相燒結工藝，制備了Bi2Sr2Co2Oy化合物，用Agilent8510c矢量網絡分析儀測試在5~13GHz頻段內的吸波性能，發現有較強的吸波性能。添加鐵氧體(10wt%、20wt%、30wt%、40wt%)并測試吸波性能，發現添加40wt%的鐵氧體，得到較好的吸波性能。

固相燒結；吸波性能；鐵氧體；復合材料

隨著高科技的發展，生活變得方便，但同時伴隨著電磁污染困擾著人們的生活，因此，良好的吸波材料誕生顯得越來越重要[1]。目前，吸波材料中主要還是以磁性材料為主，而鐵氧體是傳統的吸波材料，有著高磁導率、成本低、吸收強和頻帶寬等優點，但也存在密度大、高溫特性差的缺點。通過將Bi2Sr2Co2Oy化合物與鐵氧體復合，使電磁參數得到較好的匹配[2-3]，增強吸波性能。

Bi2Sr2Co2Oy化合物具有層狀結構，存在強烈的各向異性，在正常的制備條件下都會是層狀晶粒，利用它的層狀結構和導電各向異性特性，使得微波吸收涂層中的材料顆粒形成取向分布[4]，單涂層材料可能會具有一定的多涂層材料的性質，通過添加鐵氧體來調節復合材料中的電磁參數，改善復合材料的微波吸收性能[5-6]。

1 實驗

采用固相反應法，以分析純 Bi2O3、SrCO3和Co2O3為原料，按照1:2:1的物質的量乘相對分子質量配比，分別按照摩爾數乘相對分子質量，將配好的原料放入瑪瑙研缽中充分研磨3小時使原料混合均勻，將磨好的原料裝入坩堝中進行預燒，先加熱100 min，加熱到 200℃ ，再加熱 130 min到850℃，保溫360分鐘，最后自然冷卻到室溫。預燒后的樣品取出放入瑪瑙研缽中再進行充分研磨3小時，主要是防止因為預燒時可能出現燒結或重結晶，充分研磨有利于再次反應，預燒后的粉料再放入坩堝中，先100min加熱到200℃，170min加熱到850℃，保溫120分鐘，再加熱10min到880℃，保溫240分鐘，最后10分鐘降到850℃，保溫120分鐘，然后自然降溫到室溫。取出樣品再次放入研缽中，充分研磨到看不到光澤，研磨到比較細膩為止。制備出粉末狀的樣品與鐵氧體粉末 (10wt%、20wt%、30wt%、40wt%)在乳膠和酒精混合下，攪拌均勻，用超聲攪拌器振動，制備出片狀的樣品，用乳膠粘在鋁板的一面，固化后將表面磨平。采用Agilent8510c矢量網絡分析儀測量頻率范圍在5～13GHz的反射損耗隨頻率的變化。

2 實驗結果及討論

鐵氧體是傳統的吸波材料，能產生介電損耗和磁滯損耗，具有良好的微波吸收[7]，通過與Bi2Sr2Co2Oy化合物復合，希望得到吸波性能比較好的復合材料。

下圖給出了Bi2Sr2Co2Oy化合物、鐵氧體和添加鐵氧體(10wt%、20wt%、30wt%、40wt%)的復合樣品，在測試頻率范圍為5～13GHz隨頻率變化吸波曲線。由圖可以看出：

（1）Bi2Sr2Co2Oy化合物，主吸收峰峰位在7.2GHz處，最大損耗量為-38.2dB，頻率在5.0GHz～8.0GHz的反射損耗<-5dB，尤其頻率在5.8GHz～7.5GHz，反射損耗為<-8dB。

（2）鐵氧體，主吸收峰峰位在11.4GHz處，最大損耗為-25.3dB，頻率在10.8GHz～12.3GHz反射損耗為<-5dB，在10.9GHz～12.0GHz吸收性能較好，反射損耗為<-8dB。

（3）添加10wt%和20wt%鐵氧體樣品，在測試范圍內，吸波效果較差，幾乎無吸收。

（4）添加 30wt%鐵氧體，主吸收峰峰位在7.3GHz處，最大損耗為-14.1dB，頻率在6.9GHz～8.9GHz反射損耗為<-5dB，頻率在7.3GHz～7.8GHz反射損耗為<-8dB。

（5）添加 40wt%鐵氧體，主吸收峰峰位在11.2GHz處，最大損耗為-38.5dB，頻率在8.2GHz～13.0GHz反射損耗為<-5dB，頻率在 10.6GHz～12.7GHz反射損耗為<-8dB。

綜上所述，Bi2Sr2Co2Oy化合物在頻率為4.8GHz～8.0GHz處，出現了較強的吸收，而鐵氧體在此頻段的吸收比較弱，在頻率為 10.8GHz～12.3GHz范圍內有著比較強的吸收，但帶寬比較窄。添加40wt%鐵氧體時，頻率在8.2GHz～13.0GHz范圍內，吸波性能比較好，而且吸收帶寬相對較寬。

圖1 Bi2Sr2Co2Oy和不同鐵氧體含量的微波吸收曲線

表1 Bi2Sr2Co2Oy和不同鐵氧體含量的微波吸收特性參數

隨著鐵氧體復合比例的增大，鐵離子進入Bi2Sr2Co2Oy層狀之間形成導電通路，使得介電常數的虛部增大，根據電損耗角正切tanδe=ε''/ε'來表示，其值越大，衰減能力越強。另外，在電磁波作用下,介質內部產生極化,由于極化強度矢量落后于電場一個角度,導致與電場同向電流的產生,從而形成強大的渦流。渦流在導體內部流動時會釋放出大量的熱,因此渦流的產生會導致部分入射電磁波能量的消耗[8]。Bi2Sr2Co2Oy中Co2+在室溫下具有大的正磁晶各向異性常數，而鐵氧體在室溫的磁晶各向異性常數是負值，當添加的鐵氧體中的鐵離子取代鈷離子使得磁晶各向異性常數出現減少，導致了材料磁導率虛部逐漸增大，根據磁損耗角正切tan=來表示，其值越大，衰減能力越強。

由表看出，實驗中選取的鐵氧體吸波性能較差， 帶寬比較窄， 當添加 40wt%鐵氧體與Bi2Sr2Co2Oy化合物復合時，反射損耗為<-5dB帶寬為5.3GHz，吸收峰變強、變寬。

3 結論

微波吸收性能在添加40wt%鐵氧體時，表現出較強的吸波性能，有效頻帶寬度比Bi2Sr2Co2Oy化合物更寬，而且向低頻處移動，但還存在吸波特性分散、連續性差、集中在高頻處等缺點，與實際應用存在一定距離，有待于進一步解決。

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[2]劉獻明,付紹云,張以河，等．雷達隱身復合材料的研究進展[J].材料導報，2004，18(5):8-11．

[3]丁世敬,葛德彪,黃劉宏.電磁吸波材料中的阻抗匹配條件[J].電波科學學報，2009，24(6):1104-1108.

[4]倪江利,馮雙久,張顯良.C-軸取向對Bi系鈷氧化物射頻介電常數的影響[J].合肥工業大學學報:自然科學版,2011,34(3):350-352．

[5]周詩文,陳文欽.吸波材料的電磁損耗及其制備的探討[J].化學工程與裝備,2008(3)：53-55．

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[7]胡傳忻.隱身涂層技術[M].北京:化學工業出版社,2004：34-48．

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[責任編輯：桂傳友]

TM25

A

1674-1102(2014)06-0050-02

10.13420/j.cnki.jczu.2014.06.014

2014-07-07

安徽三聯學院院級科研項目資助（2013Z011）

倪江利(1983-),男,安徽長豐人,安徽三聯學院基礎部講師,碩士,從事磁性材料和吸波材料研究;馮雙久(1965-),男,安徽池州人,安徽大學物理與材料學學院副教授，博士，碩士生導師，從事磁性材料和吸波材料研究。