BiFeO3/CoFe2O4復(fù)合體系的微波性能研究

韓建華，廖 曦，李艷麗

（湖南體育職業(yè)學(xué)院省體校，湖南 長(zhǎng)沙，410000）

多鐵性材料 BiFeO3因其同時(shí)具有鐵電性，鐵磁性，鐵彈性而成為研究熱點(diǎn)。鐵電鐵磁共存及協(xié)同損耗效應(yīng)是強(qiáng)吸收，寬頻帶微波吸收材料的基礎(chǔ)，近年來一些工作者通過在A位或B位摻入稀土元素來提高 BiFeO3的微波吸收性能。本文采用物理共混法將BiFeO3與鐵氧體制成復(fù)合材料，探討不同的質(zhì)量比對(duì)微波電磁參數(shù)，微波吸收性能的影響。

1 樣品的制備

用溶膠凝膠法分別制備 CoFe2O4鐵氧體和 BiFeO3粉晶樣品，分別稱取不同質(zhì)量比的BiFeO3和 CoFe2O4納米粉體，在瑪瑙研缽中仔細(xì)研磨約0.5h，得到不同質(zhì)量比的納米復(fù)合粉體，然后壓制成測(cè)試試樣。表1為BiFeO3/CoFe2O4幾種樣品的復(fù)合質(zhì)量比。

表1 BiFeO3粉末與CoFe2O4粉末的質(zhì)量配比

2 BiFeO3/CoFe2O4復(fù)合體系的XRD分析

圖1 BiFeO3/CoFe2O（W1、W2、W3、W4）復(fù)合材料的 XRD 圖譜 4

從圖中可以看到BiFeO3和CoFe2O4的是以復(fù)合相的形態(tài)出現(xiàn)，材料中無其它雜相。在x=0時(shí)，試樣為純BiFeO3，其結(jié)構(gòu)為明顯的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。其余樣品衍射峰是BiFeO3和CoFe2O4的組合。

3 BiFeO3/CoFe2O4復(fù)合材料的微波吸收性能

3.1 復(fù)合組分對(duì)材料吸波性能的影響

圖2為厚度為2.8mm 時(shí)，BiFeO3/CoFe2O4樣品的R-f關(guān)系圖，從圖中可以看出對(duì)單一組分的樣品 BiFeO3（復(fù)合前）其吸波3性能很弱。對(duì)復(fù)合組分的樣品其吸收峰值明顯提高，有效吸收頻帶變寬。具體結(jié)果如下對(duì)W1即BiFeO3，吸收率較??；當(dāng)BiFeO3含量 75% 時(shí)，13.2GHz 位置處吸收峰值為12.31dB，10dB頻寬為1.2GHz ；當(dāng) BiFeO3含量 55% 時(shí)，10.6GHz 位置處吸收峰值為17.1dB，10dB 有效吸收頻寬為 3.9GHz；當(dāng) BiFeO3含量25%時(shí)，9.04GHz位置處吸收峰值為 22.23dB，10dB 有效吸收頻寬為4.3GHz；當(dāng)BiFeO3含量 0% 時(shí)即純 CoFe2O4，6.5GHz 位置處吸收峰值為 13.2，10dB 有效吸收頻寬為1.5GHz。可見，當(dāng)CoFe2O4組分含量分別為 45% 和 75% 時(shí)，復(fù)合材料的吸波性能最佳，其微波吸收性能無論是吸收帶寬還是吸收強(qiáng)度都明顯優(yōu)于單一組分的樣品，且隨著 CoFe2O4含量的增加吸收峰位置逐漸向低頻方向移動(dòng)。

圖2 BiFeO3/CoFe2O4樣品的 R-f關(guān)系圖

3.2 BiFeO3/CoFe2O4微波電磁損耗機(jī)理

圖 3 為復(fù)合材料W4的損耗角正切隨頻率的變化關(guān)系圖，圖中介電損耗角正切tanδe隨頻率先增加后減小，在8.6GHz附近出現(xiàn)峰值。磁損耗角正切tanδm在小于7GHz頻段內(nèi)隨頻率緩慢變化，然后急劇上升達(dá)到極大值，此峰值與圖2中的吸收峰值相對(duì)應(yīng)。

圖3 W4樣品的損耗角正切與頻率的關(guān)系

由此可得，此復(fù)合材料既具有電損耗又具有磁損耗，因此復(fù)合材料的微波吸收是兩種損耗共同作用的結(jié)果。其電損耗主要來源于 BiFeO3的鐵電極化引起的損耗，包括馳豫損耗和共振損耗及一定的電導(dǎo)率導(dǎo)致漏電損耗。其磁損耗主要來源于 CoFe2O4的鐵磁磁化馳豫、疇壁位移共振、自然共振引起的損耗。此外，復(fù)合材料存在磁電耦合效應(yīng)，此效應(yīng)有利于微波吸收。

4 結(jié)論

BiFeO3粉體和 CoFe2O4分別為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)；BiFeO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 25%，厚度為 2.8mm 左右，吸收峰值達(dá)22.23dB,10dB 有效吸收頻帶寬為 4.3GHz。復(fù)合體系的微波吸收特性明顯優(yōu)于單一組分復(fù)合體系兼具介電損耗和磁損耗，但磁損耗相對(duì)較大。