稀土元素摻雜鋇鐵氧體的性能研究進展

付 嬌，張洪悅，劉陽洋，何 珊

（沈陽師范大學 沈師化學化工學院，遼寧沈陽 110000）

稀土元素摻雜鋇鐵氧體的性能研究進展

付 嬌，張洪悅，劉陽洋，何 珊

（沈陽師范大學 沈師化學化工學院，遼寧沈陽 110000）

M型六角晶系鋇鐵氧體以其優(yōu)良的磁性能和吸波性能廣泛應用于微波吸收方面以及軍事民用等領(lǐng)域。除此之外，鋇鐵氧體還具有矯頑力大、共磁頻率高、熱穩(wěn)定性好、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，在功能上，為吸波材料和永磁材料開拓了新的領(lǐng)域。而在實際生產(chǎn)過程中，鋇鐵氧體的各項性能仍有不足，如今，離子摻雜鋇鐵氧體的研究已成熱點。主要介紹稀土元素摻雜鋇鐵氧體的性能及研究進展。

鋇鐵氧體；稀土元素摻雜；磁性能；吸波性能

早在1957年菲利浦公司實驗室就提出了鋇鐵氧體的化學式BaFe12O19，這一提出引發(fā)了眾多人熱切的關(guān)注尤其是鋇鐵氧體的研究人員。幾年之后，M型鋇鐵氧體的高矯頑力、較強的磁晶各向異性、穩(wěn)定的化學性質(zhì)以及低成本等優(yōu)點不斷的被人們發(fā)現(xiàn)，逐漸研究證明鋇鐵氧體可以在永磁、磁記錄以及吸波等領(lǐng)域被廣泛利用。因此，在隨后的幾十年里，M型鋇鐵氧體作為永磁鐵氧體材料的代表被深入研究與利用，20世紀70年代末期垂直磁記錄的出現(xiàn)使M型鋇鐵氧體材料成為研究的重點，它在錄像、錄音方面發(fā)揮了巨大的作用，使電子記錄技術(shù)很快得到了推廣和應用。在微波吸收領(lǐng)域也做了杰出的貢獻，如今，電子設備在我們生活中必不可少，人體被電磁波輻射的頻率也就大大增加，而鋇鐵氧體就有著能吸收電磁波的功能，正因如此，人們還研制出了孕婦服。鋇鐵氧體滲入人們生活的同時也改變了人們的生活。

1 性能研究進展

1.1 摻雜鋇鐵氧體的磁性能

永磁材料是一種古老又用途廣泛的功能材料，早在戰(zhàn)國時期，人們便用天然磁鐵雕琢了司南，現(xiàn)如今，永磁材料又被運用到軍事民用等各種領(lǐng)域。在眾多鐵氧體中的鋇鐵氧體，是以氧化鐵為主要成分的復合氧化物，這種材料在沒被放置在磁場中之前，不顯示磁性，一旦周圍存在磁場，鋇鐵氧體就會被磁化，產(chǎn)生很強的磁性，移去外磁場后，磁性仍然存在，故稱永久磁體。

稀土原子有更多的未成對自旋電子，這些電子在自旋狀態(tài)和處于軌道運動狀態(tài)時都會產(chǎn)生磁矩，所有的磁矩加起來使這些原子磁鐵在晶體中還可以構(gòu)成無數(shù)個小區(qū)域，在外加磁場作用下，在這些小區(qū)域內(nèi)原子按磁矩方向排列起來，形成磁疇[1]。這便大大加強了稀土摻雜鋇鐵氧體材料的磁性。孟獻豐等[2]制備了不同量的稀土元素釤摻雜的鋇鐵氧體，并比較了它們的磁性能，摻雜的釤在一定范圍內(nèi)時，磁性能會隨著摻雜釤的量增加發(fā)生先減小后增大的變化。Kakizakia等[3]運用射頻濺射法制備了La0.5Ba0.5Co0.5Fe11.5O19薄膜，在不同的溫度下，通過比較摻雜前后的樣品發(fā)現(xiàn)，進行摻雜鑭和鈷后的鋇鐵氧體薄膜具有更好的磁各向異性。李頡[4]對M型鋇鐵氧體的磁導率隨著Co-Ti摻雜量變化的研究發(fā)現(xiàn)，摻雜量x小于0.5時，磁導率增加緩慢，大于0.5時，磁導率迅速增加，到1.2左右有最大值，x大于1.2之后磁導率又逐漸下降。

1.2 摻雜鋇鐵氧體的吸波性能

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的電子設備涌入到人們的生活中，人們在享受便利的同時也承受著一些不利的因素的影響，比如人們廣泛關(guān)注的電磁波污染問題。電磁輻射不僅會對電子設備起到互相干擾的影響，過量的電磁波輻射人體，會對心腦血管、神經(jīng)等系統(tǒng)和組織的結(jié)構(gòu)和功能帶來極大的影響和傷害。電磁場以電磁波的形式傳遞能量，只有使用電磁波吸收材料，使電磁波能轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能，才能有效清除電磁污染。吸波材料指能吸收、衰減入射的電磁波，并將其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能耗散掉或使電磁波因干涉而消失的一類材料[5]。鐵氧體是發(fā)現(xiàn)最早應用最廣的吸波材料。其中片狀的鋇鐵氧體不僅價格低廉而且吸波性能優(yōu)良。稀土元素具有豐富的層電子，其化合物本身就是具有性能優(yōu)良吸波材料，正因如此，制備的鋇鐵氧體若有稀土元素的摻入，必然會對鋇鐵氧體的整個體系吸波性能的改善起著較大的作用。劉延伸[6]對沒有任何摻雜的M型鋇鐵氧體進行制備和研究，發(fā)現(xiàn)M 型鐵氧體有3個吸收峰，依次為 5.4GHz，8.9GHz，15.5GHz；峰強度為-5dB，-8dB，-12dB。小于-5dB的吸收帶寬為2.6GHz，小于-10dB 吸收帶寬為 0.6GHz。在X波的反射率僅為-8dB。與經(jīng)驗對比，未摻雜的M 型鐵氧體的吸波性能較差。譚宏斌等[7]用檸檬酸溶膠凝膠法制備了 Cu、Zr 共摻鋇鐵氧體前驅(qū)體[BaFe11.2（Cu0.5Zr0.5）0.8O19]。研究發(fā)現(xiàn)隨著 Cu、Zr摻量的增加，鐵氧體的吸波性能提高，當 Cu、Zr摻入量為 0.8 時，鐵氧體的吸波性能最好。孫宏利[8]研究并比較了摻雜La的鋇鐵氧體和未摻雜的鋇鐵氧體的吸波系數(shù)與頻率之間的關(guān)系，得出在15GB左右摻雜La的鋇鐵氧體吸波系數(shù)明顯大于未摻雜。

2 結(jié)論與展望

如今，國內(nèi)外對鋇鐵氧體的研究日益進步。今后，鋇鐵氧體作為磁性材料和吸波材料將更大程度的為人們所用，而摻雜稀土元素的鋇鐵氧體有著更加優(yōu)良的性能，未來鋇鐵氧體的研究可以著重不同稀土元素的摻雜和制作方法等方面的完善，實現(xiàn)鋇鐵氧體材料高性能化。

[1] 朱文祥.漫話國寶——稀土元素[M].廣西∶廣西教育出版社，1999∶89-90.

[2] 孟獻豐，郭立舉，沈湘黔.Sm3+含量對BaSmxFe12-xO19（x≤0.4）鐵氧體納米纖維結(jié)構(gòu)和磁性能的影響[D].鎮(zhèn)江∶江蘇大學材料科學與工程學院，2012∶267.

[3] Kakizakia K，Taguchib H，Hiratsuka N.Magnetic properties of La-Co substituted bariumferrite thin filmswith largemagnetic anisotropy[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2004，272-276（3）∶2241-2243.

[4] 李頡.M型鋇鐵氧體離子摻雜及低溫燒結(jié)研究[D].成都∶電子科技大學，2015.

[5] 張偉.納米復合鐵氧體微波吸收劑的制備與研究[D].內(nèi)蒙古∶內(nèi)蒙古大學，2004.

[6] 劉延伸.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[D].哈爾濱∶哈爾濱工業(yè)大學，2008.

[7] 譚宏斌，聶翔，馬小玲.多元摻雜對鋇鐵氧體吸波性能的影響[J].宇航材料工藝，2010（4）∶41-43.

[8] 孫宏利.改性納米BaFe12O19的制備與吸波性能初探[D].哈爾濱∶哈爾濱工業(yè)大學，2016.

Research Progress of Rare Earth Element Doping Barium Ferrite

Fu Jiao，Zhang Hong-yue，Liu Yang-yang，He Shan

M-type hexagonal barium ferrite is widely used in microwave absorption and military and civilian fields with its excellent magnetic properties and absorbing properties.In addition，barium ferrite also has the advantages of high coercivity，high magnetic frequency，good thermal stability and low production cost.In function，it has opened up new fields for absorbing materials and permanent magnet materials.In the actual production process，barium ferrite performance is still insufficient，and now，ion-doped barium ferrite research has become a hot spot.The performance and research progress of rare earth doped barium ferrite were introduced.

barium ferrite； rare earth element doping； magnetic property； absorbing property

TM277

B

1003-6490（2017）02-0104-02

2017-02-06

付嬌（1996—），女，遼寧沈陽人，本科在讀，主要研究方向為化學。