Bi系钴氧化物与铁氧体复合材料的吸波性能研究

倪江利，冯双久，黄文娟，苏 磊

（1.安徽三联学院 基础部，安徽 合肥 230601；2.安徽大学 物理与材料科学学院，安徽 合肥 230039）

Bi系钴氧化物与铁氧体复合材料的吸波性能研究

倪江利1，冯双久2，黄文娟1，苏 磊1

（1.安徽三联学院 基础部，安徽 合肥 230601；2.安徽大学 物理与材料科学学院，安徽 合肥 230039）

采用固相烧结工艺，制备了Bi2Sr2Co2Oy化合物，用Agilent8510c矢量网络分析仪测试在5~13GHz频段内的吸波性能，发现有较强的吸波性能。添加铁氧体(10wt%、20wt%、30wt%、40wt%)并测试吸波性能，发现添加40wt%的铁氧体，得到较好的吸波性能。

固相烧结；吸波性能；铁氧体；复合材料

随着高科技的发展，生活变得方便，但同时伴随着电磁污染困扰着人们的生活，因此，良好的吸波材料诞生显得越来越重要[1]。目前，吸波材料中主要还是以磁性材料为主，而铁氧体是传统的吸波材料，有着高磁导率、成本低、吸收强和频带宽等优点，但也存在密度大、高温特性差的缺点。通过将Bi2Sr2Co2Oy化合物与铁氧体复合，使电磁参数得到较好的匹配[2-3]，增强吸波性能。

Bi2Sr2Co2Oy化合物具有层状结构，存在强烈的各向异性，在正常的制备条件下都会是层状晶粒，利用它的层状结构和导电各向异性特性，使得微波吸收涂层中的材料颗粒形成取向分布[4]，单涂层材料可能会具有一定的多涂层材料的性质，通过添加铁氧体来调节复合材料中的电磁参数，改善复合材料的微波吸收性能[5-6]。

1 实验

采用固相反应法，以分析纯 Bi2O3、SrCO3和Co2O3为原料，按照1:2:1的物质的量乘相对分子质量配比，分别按照摩尔数乘相对分子质量，将配好的原料放入玛瑙研钵中充分研磨3小时使原料混合均匀，将磨好的原料装入坩埚中进行预烧，先加热100 min，加热到 200℃ ，再加热 130 min到850℃，保温360分钟，最后自然冷却到室温。预烧后的样品取出放入玛瑙研钵中再进行充分研磨3小时，主要是防止因为预烧时可能出现烧结或重结晶，充分研磨有利于再次反应，预烧后的粉料再放入坩埚中，先100min加热到200℃，170min加热到850℃，保温120分钟，再加热10min到880℃，保温240分钟，最后10分钟降到850℃，保温120分钟，然后自然降温到室温。取出样品再次放入研钵中，充分研磨到看不到光泽，研磨到比较细腻为止。制备出粉末状的样品与铁氧体粉末 (10wt%、20wt%、30wt%、40wt%)在乳胶和酒精混合下，搅拌均匀，用超声搅拌器振动，制备出片状的样品，用乳胶粘在铝板的一面，固化后将表面磨平。采用Agilent8510c矢量网络分析仪测量频率范围在5～13GHz的反射损耗随频率的变化。

2 实验结果及讨论

铁氧体是传统的吸波材料，能产生介电损耗和磁滞损耗，具有良好的微波吸收[7]，通过与Bi2Sr2Co2Oy化合物复合，希望得到吸波性能比较好的复合材料。

下图给出了Bi2Sr2Co2Oy化合物、铁氧体和添加铁氧体(10wt%、20wt%、30wt%、40wt%)的复合样品，在测试频率范围为5～13GHz随频率变化吸波曲线。由图可以看出：

（1）Bi2Sr2Co2Oy化合物，主吸收峰峰位在7.2GHz处，最大损耗量为-38.2dB，频率在5.0GHz～8.0GHz的反射损耗<-5dB，尤其频率在5.8GHz～7.5GHz，反射损耗为<-8dB。

（2）铁氧体，主吸收峰峰位在11.4GHz处，最大损耗为-25.3dB，频率在10.8GHz～12.3GHz反射损耗为<-5dB，在10.9GHz～12.0GHz吸收性能较好，反射损耗为<-8dB。

（3）添加10wt%和20wt%铁氧体样品，在测试范围内，吸波效果较差，几乎无吸收。

（4）添加 30wt%铁氧体，主吸收峰峰位在7.3GHz处，最大损耗为-14.1dB，频率在6.9GHz～8.9GHz反射损耗为<-5dB，频率在7.3GHz～7.8GHz反射损耗为<-8dB。

（5）添加 40wt%铁氧体，主吸收峰峰位在11.2GHz处，最大损耗为-38.5dB，频率在8.2GHz～13.0GHz反射损耗为<-5dB，频率在 10.6GHz～12.7GHz反射损耗为<-8dB。

综上所述，Bi2Sr2Co2Oy化合物在频率为4.8GHz～8.0GHz处，出现了较强的吸收，而铁氧体在此频段的吸收比较弱，在频率为 10.8GHz～12.3GHz范围内有着比较强的吸收，但带宽比较窄。添加40wt%铁氧体时，频率在8.2GHz～13.0GHz范围内，吸波性能比较好，而且吸收带宽相对较宽。

图1 Bi2Sr2Co2Oy和不同铁氧体含量的微波吸收曲线

表1 Bi2Sr2Co2Oy和不同铁氧体含量的微波吸收特性参数

随着铁氧体复合比例的增大，铁离子进入Bi2Sr2Co2Oy层状之间形成导电通路，使得介电常数的虚部增大，根据电损耗角正切tanδe=ε''/ε'来表示，其值越大，衰减能力越强。另外，在电磁波作用下,介质内部产生极化,由于极化强度矢量落后于电场一个角度,导致与电场同向电流的产生,从而形成强大的涡流。涡流在导体内部流动时会释放出大量的热,因此涡流的产生会导致部分入射电磁波能量的消耗[8]。Bi2Sr2Co2Oy中Co2+在室温下具有大的正磁晶各向异性常数，而铁氧体在室温的磁晶各向异性常数是负值，当添加的铁氧体中的铁离子取代钴离子使得磁晶各向异性常数出现减少，导致了材料磁导率虚部逐渐增大，根据磁损耗角正切tan=来表示，其值越大，衰减能力越强。

由表看出，实验中选取的铁氧体吸波性能较差， 带宽比较窄， 当添加 40wt%铁氧体与Bi2Sr2Co2Oy化合物复合时，反射损耗为<-5dB带宽为5.3GHz，吸收峰变强、变宽。

3 结论

微波吸收性能在添加40wt%铁氧体时，表现出较强的吸波性能，有效频带宽度比Bi2Sr2Co2Oy化合物更宽，而且向低频处移动，但还存在吸波特性分散、连续性差、集中在高频处等缺点，与实际应用存在一定距离，有待于进一步解决。

[1]Kim KM,Adachi K,Chu JY.Tionalized silsesquioxanes and organic polymers utilizing the sol-gel reaction of tetramethoxysilane[J].Polymer hybrids of func,2002,43(2):117-175.

[2]刘献明,付绍云,张以河，等．雷达隐身复合材料的研究进展[J].材料导报，2004，18(5):8-11．

[3]丁世敬,葛德彪,黄刘宏.电磁吸波材料中的阻抗匹配条件[J].电波科学学报，2009，24(6):1104-1108.

[4]倪江利,冯双久,张显良.C-轴取向对Bi系钴氧化物射频介电常数的影响[J].合肥工业大学学报:自然科学版,2011,34(3):350-352．

[5]周诗文,陈文钦.吸波材料的电磁损耗及其制备的探讨[J].化学工程与装备,2008(3)：53-55．

[6]赖欣,毕剑,高道江,等．Fe3O4磁性流体的制备[J].磁性材料及器件,2000,31(1):15-18．

[7]胡传忻.隐身涂层技术[M].北京:化学工业出版社,2004：34-48．

[8]王丽熙,张晶,黄啸谷,等.铁氧体/石墨复合吸波涂层的微波吸收性能[J].材料科学与工程学报,2011,29(5):673,688-691.

[责任编辑：桂传友]

TM25

A

1674-1102(2014)06-0050-02

10.13420/j.cnki.jczu.2014.06.014

2014-07-07

安徽三联学院院级科研项目资助（2013Z011）

倪江利(1983-),男,安徽长丰人,安徽三联学院基础部讲师,硕士,从事磁性材料和吸波材料研究;冯双久(1965-),男,安徽池州人,安徽大学物理与材料学学院副教授，博士，硕士生导师，从事磁性材料和吸波材料研究。