铁氧体复合材料研究进展

曲茉莉 郭凤英（黑龙江省环境保护科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150000）

铁氧体复合材料研究进展

曲茉莉 郭凤英
（黑龙江省环境保护科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150000）

本文重点介绍了几种材料对铁氧体静磁性能和微波吸收性能的影响。综述了铁氧体复合材料的国内外研究进展，并对复合铁氧体吸波材料的发展前景进行了展望。

铁氧体；复合材料；静磁性能；微波吸收性能

中国四大发明之一的指南针就是利用天然铁氧体Fe3O4制成。铁氧体微波吸收材料在电磁屏蔽、微波暗室和军事隐身技术上也发挥着非常重要的作用。

随着工业技术和电子科技的迅速发展，精密仪器所用元器件不仅要性能优越，还要具有多功能化和小型化的技术特点，因此对铁氧体材料的性能提出了更高的要求，单一的铁氧体材料已不能满足电子科技领域对材料性能的特殊要求，于是铁氧体的制备技术和化学组成方面的研究得到广泛发展，为了兼容不同材料的性能优点，铁氧体复合材料得到重点开发。

美国的F-19侦察机机身就是采用铁氧体复合微波吸收材料制成。铁氧体复合材料它不仅具有铁氧体高的电磁性能，同时可兼具其它材料的特性，可满足新兴技术要求，具有良好的开发前景。

1 铁氧体复合材料的静磁性能

铁氧体的磁性来源于其组成原子未充满壳层中的电子产生的自旋动量矩和轨道动量矩相结合的磁矩。铁氧体的饱和磁化强度是由两个反向平行磁矩的矢量差值决定的。

由于铁氧体材料内部存在各种杂质和不规则应力，会产生摩擦性阻抗，使铁氧体产生剩余磁化强度。而铁氧体的矫顽力主要是由磁畴的不可逆壁移和不可逆畴转造成的。它与铁氧体的多种各向异性机制有关，还与内禀特性和化学组成有密切关系。

在以往的研究中，多是通过采用不同的制备技术或改变化学组成等方法来调节铁氧体的静磁性能。

而近些年来，将不同性质的材料与铁氧体相结合制备铁氧体复合材料，通过调节材料与铁氧体之间的比例，不仅可以实现材料静磁性能的可控性，同时实现材料的多功能性。

日本学者采用简单的共沉淀法制备了天然橡胶-BaFe12O19复合材料。该复合材料的饱和磁化强度随着BaFe12O19的含量的增加而逐渐升高。而复合材料的矫顽力在铁氧体百分含量低于50%时，没有显著变化。这是由于铁氧体粒子在天然橡胶中高度分散，且BaFe12O19的粒子尺寸较大，排列方向各异，降低了材料的表面能量。这种天然橡胶-BaFe12O19复合材料的质量轻，价格低，既具有橡胶的柔韧性同时具有良好的磁性能。

铁氧体磁性材料在医学领域也有潜在的应用，韩国学者将藻朊酸盐与钡铁氧体结合，合成了藻朊酸钠- BaFe12O19生物复合材料。该生物复合材料具有良好的磁性能，通过调节BaFe12O19的含量，复合材料的饱和磁化强度可以从11.0 emu/g升高到46.2 emu/g，同时能保持较高的矫顽力3.6 Oe左右。磁性铁氧体与生物功能材料的有机结合，在磁性靶向给药、药物治疗技术和恶性肿瘤热治疗等领域具有潜在的优势作用。多壁碳纳米管的比表面积非常高，将其与铁氧体结合，有效的加强材料的界面极化作用，从而影响材料的静磁性能和电磁性能。

中国学者就利用多壁碳纳米管的这一特点，制备了聚苯胺-锶铁氧体-多壁碳纳米管复合材料，研究发现复合材料的饱和磁化强度较单相锶铁氧体的饱和磁化强度降低较多，而矫顽力却有显著提高，从单相锶铁氧体的6145.6 Oe升高到7457.17 Oe。矫顽力的大小不仅与材料的性质有关，也与材料的结构有着重要的联系，聚苯胺和多壁碳纳米管与锶铁氧体的结合改变了锶铁氧体粒子之间的排列结构，影响了畴壁结构从而使复合材料的矫顽力升高。

2 铁氧体复合材料的微波吸收性能

现代科技的进步使电子信息工业蓬勃发展，先进的电子设备创造了巨大物质文明，同时也把电磁辐射污染问题悄然带到人类身边。

研究显示，电磁辐射不仅会干扰飞机，卫星信号和各种精密仪器的正常运行，更可怕的是，过多的电磁辐射不仅会影响人体的神经系统的正常传导，还会破坏人体造血系统的功能，损害人类健康。

针对电磁辐射问题，人们已经开发出了多种微波吸收材料广泛应用在电磁防护和微波暗室等领域。铁氧体被称作“双复介质”，它既是磁性材料，同时也是介电材料，是一种性能优良的微波吸收材料。它在微波暗室，电磁屏蔽和军事隐身等领域，都占据着不可小觑的地位。根据最近的研究资料显示，铁氧体微波吸收材料正向着性能多样化、组成复合化和功能兼容化的趋势上发展。

微波吸收材料对电磁波的吸收主要是通过磁损耗tanδM和介电损耗tanδe来实现的。铁氧体微波吸收材料既是磁损耗型材料，同时也是介电损耗型材料，具有稳定性高、适用频段广等特点。但铁氧体微波吸收材料也有其无法忽视的缺点，如材料密度高、质量重、介电损耗小等，这又限制了其在实际当中的应用。

近年来对介电材料的研究发现，许多高分子聚合物对电磁波也有一定的衰减作用，同时它们价格低廉，合成简便，密度低质量轻，形貌可控，容易压制成型。开发铁氧体与高分子聚合物的复合材料，不仅可以提高铁氧体微波吸收材料的微波吸收性能，还可以减轻微波吸收材料的质量，达到现代工业对微波吸收材料“轻质、高效、小型化”的要求。

中国学者李良超采用原位聚合法合成聚吡咯/聚苯胺-Zn0.6Cu0.4Cr0.5Fe1.46Sm0.04O4，当聚苯胺（聚吡咯）含量为20wt%时，复合材料的反射损耗为-22.46 dB （-20.90 dB），比单相铁氧体反射损耗（-16.60 dB）略有提高。单相铁氧体的吸收带宽仅为5.16GHz，而复合材料的吸收带宽为11.15 GHz（11.30 GHz），得到显著的提高，拓宽了材料的应用频带。

台湾学者研究了聚苯胺-镍锌铁氧体复合材料在2-40GHz频率范围内的微波吸收性能，发现复合材料的反射损耗较单相的镍锌铁氧体在高频段有了非常显著的提高，在2-18GHz频段，聚苯胺-镍锌铁氧体（75wt%）的反射损耗从单相镍锌铁氧体的-13dB提高到-20dB，在18-40GHz频段也从-8.5dB提高到-12dB，同时发现，出现最大吸收的频率会随着聚苯胺含量的增加逐渐向高频段移动。作者徐平对聚吡咯-BaFe12O19复合材料的反射损耗研究也发现了同样的结果，随着聚吡咯含量的变化，当聚吡咯含量达到86.5wt%时复合材料的反射损耗最大。微波吸收层厚度也是影响材料微波吸收性能的重要参数。

作者徐平合成了聚苯胺-BaFe12O19复合材料研究了聚苯胺含量及吸收层厚度对反射损耗的影响。聚苯胺/BaFe12O19质量比为2：1时在14.6GHz产生最大吸收为19.7dB，吸收层厚度从2.0mm增加的4.0mm时，此最大吸收位置逐渐向低频段移动，从14.6GHz逐渐移动到7.3GHz左右。

唐鑫对聚苯胺-M型钡铁氧体复合材料吸收层厚度的研究也发现，在吸收层厚度为2.5mm时复合材料的反射损耗最大。以上的研究说明铁氧体复合材料的微波吸收性能得到有效的提高，拓宽的了铁氧体的应用领域。

结语

综上所述，利用不同组分材料的性能特点，开发的多功能新型铁氧体复合材料，通过对其组分的控制，不仅可以调节复合材料的饱和磁化强度和矫顽力等磁性能参数，改善铁氧体的静磁性能，拓宽铁氧体的应用领域。同时也满足了现代科技领域对微波吸收剂“高吸收，轻质量，宽频带”的技术要求。而且实现了组分之间的优势互补，使铁氧体复合材料向着多功能化，小型化的方向发展。

然而被利用来研究复合材料的铁氧体种类还仅限于如Fe3O4、尖晶石型铁氧体和M型磁铅石铁氧体，而其他磁铅石型铁氧体如Y型、U型和Z型磁铅石铁氧体以及石榴石型铁氧体的复合材料还少有研究，这些种类的铁氧体与尖晶石型铁氧体和M型铁氧体相比结构更加复杂，但具有其所不具有的特殊性能。因此可以预见，开发此种类型铁氧体的复合材料，有望在材料科学领域成为新的研究热点。[

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TM27

A铁氧体是一种性能优良的磁性材料，同时也是一种有效的微波吸收材料。铁氧体作为磁性材料可应用于各种记忆元件、计算机磁性存储设备和卫星通讯中。

感谢《黑龙江省环境污染损害鉴定评估能力建设》项目资助。