W型六角鐵氧體的制備及吸波性能

單相多鐵性材料一般指鐵電性和鐵磁性共存的一類特殊功能材料。鐵電性和鐵磁性間的相互耦合導致外加磁場能影響其鐵電序或者外加電場能影響其磁有序。這種磁電耦合效應使得諸多新型功能器件的實用成為可能,例如超敏傳感器、電寫磁讀技術、高密度四態(tài)存儲,低能耗邏輯器件等。按鐵電性起源可以將單相多鐵性材料劃分為第一類和第二類多鐵性材料:第一類多鐵性材料中,鐵電序和磁有序的物理起源相互獨立;而第二類多鐵性材料的鐵電序來源于其特殊的磁有序結構。六角鐵氧體作為第二類多鐵性材料中的典型代表,近十年來得到廣泛而深入的研究。歸納了近期六角鐵氧體多鐵性研究的主要進展,介紹了其多鐵性起源、磁電耦合機制以及功能器件應用方面的科研成果,并對六角鐵氧體多鐵性的研究進行了展望。

采用固相反應法制備z型六角鐵氧體(ba1-xsrx)3co2fe24o41材料。研究了sr2+取代對z型六角鐵氧體顯微結構和電磁性能的影響。結果表明,sr2+取代量x≤0.5時,隨著取代量的增加,平均晶粒尺寸和燒結密度增加,1200℃燒結時,材料的起始磁導率從x=0的4.8增加到x=0.5的16.5,同時矯頑力減小;進一步增加取代量時,材料的起始磁導率下降,并且其矯頑力增大。x=0.5時,材料具備高的磁導率(1250℃燒結時為17)、較高的截止頻率fr和磁品質因數(shù)q,以及較低的矯頑力hc。

采用陶瓷燒結方法制備了ba2ni2-xznxfe12o22(x=0,0.8)六角鐵氧體。x射線衍射(xrd)分析表明樣品為單相y型六角鐵氧體,掃描電鏡(sem)觀察顯示樣品形貌呈球狀顆粒,直徑約為500nm。用駐波比法在1~4ghz頻率范圍測量了樣品的微波吸收率,發(fā)現(xiàn)zn2+摻雜對ni2y型六角鐵氧體的微波吸收性能影響很小,在頻率2.4ghz,材料對微波均有較強的吸收峰,對厚度d=1.2mm的樣品,吸收率達85%。

采用固相反應方法制備了ba2zn1.6-xcoxcu0.4fe12o22(x=0,0.2,0.4,0.6)鐵氧體粉末,將粉末在1050℃下退火4小時。利用x射線衍射(xrd)、振動樣品磁強計(vsm)以及矢量網(wǎng)絡分析儀研究了退火樣品的晶體結構及其在8.2～12.5ghz波段的微波吸收特性。xrd分析表明樣品為y型六角鐵氧體。vsm及微波矢量網(wǎng)絡測量表明,摻co樣品的介電常數(shù)實部ε′的平均值由不摻時的6.5降為5.0。隨著co替代量的增加,樣品的飽和磁化強度和剩磁不斷增大;矯頑力先維持在62～70oe之間,至co含量x=0.6時迅速增為315.5oe。在磁導率虛部μ″譜中觀察到樣品的自然共振吸收峰,其共振頻率和峰值與樣品中的co含量有關,co含量x=0.2的樣品的μ″峰值達6.579,相應的反射功率損耗達41.796db,吸波性能良好,基本達到在共振頻率附近提高μ′、μ″和ε″值,同時降低ε′值的目的。

采用傳統(tǒng)的陶瓷工藝制備了co2z(ba3co2fe24o41)六角晶系鐵氧體材料。對燒成過程(預燒溫度,燒結溫度及燒結氣氛)及微觀結構和相成分進行了研究。結果表明,改變燒結氣氛能有效地提高材料的高頻磁性能:預燒溫度1260℃、氧氣氛中1220℃燒結材料在1ghz下的μ′=8.2,q=15.05,其中起始磁導率μi=5.99,截止頻率fc>1.8ghz,共振頻率fr>1.8ghz。

用固相反應法制備了(ba3co2fe24o41)z型六角鐵氧體材料。對燒成過程(預燒溫度、燒結溫度及保溫時間、降溫方式)及預處理工藝進行了研究。提出了制備該類材料的理想工藝條件,即適當延緩預燒升溫速度、降低燒結溫度、縮短保溫時間、控制合理的降溫方式可使材料性能明顯改善。

通過氣-固相反應法制備α-fe與w型六角鐵氧體復合材料。通過xrd分析,結果發(fā)現(xiàn)隨著還原反應溫度和時間的增加,六角結構鐵氧體相逐漸轉換為feco、bafe2o4相,形成了金屬合金相和鐵氧體相雙相材料。對樣品的微波磁特性的研究發(fā)現(xiàn)其磁譜從鐵氧體的鐵磁共振型磁譜逐漸轉變?yōu)榻饘俚某谠バ痛抛V,材料的損耗機制發(fā)生了明顯變化。

采用熔鹽法制備單相baco2fe16o27(co2w)六角鐵氧體,探討燒結溫度、保溫時間及熔鹽與反應物質量比(r)對產(chǎn)物物相的影響,研究了co2w鐵氧體的靜磁性能及微波吸收性能。結果表明,單相co2w合成條件的溫度為1250℃,保溫時間為4h,熔鹽與反應物質量比r=3。co2w鐵氧體比飽和磁化強度、剩余磁化強度和矯頑力分別為60.76(a·m2)/kg、3.78(a·m2)/kg和70.7×79.6a/m。與溶膠-凝膠法相比,熔鹽法制備的co2w鐵氧體具有更好的吸波性能。利用熔鹽法制備鐵氧體是提高以鐵氧體為吸收劑的復合材料吸波性能的潛在途徑。

以檸檬酸和金屬鹽為原料,采用有機凝膠先驅體轉化法制備了直徑在0.5-3μmm型鋇鍶鐵氧體(ba0.5sr0.5fe12o19)中空纖維。通過tg/dsc、ftir、xrd、sem和vsm等技術對所得纖維進行了表征。結果表明,凝膠的可紡性與ph值有關,當ph值在4.5左右時,凝膠的可紡性最好。經(jīng)700℃焙燒后,制備的m型鋇鍶鐵氧體纖維具有較大的長徑比和明顯的中空結構,組成纖維的晶粒形貌為六角片狀。隨著溫度的升高,晶粒片狀結構越來越明顯。經(jīng)800℃焙燒后制備的m型鋇鍶鐵氧體纖維在室溫下的飽和磁化強度為59.5a.m2.kg-1,矯頑力為330.1ka.m-1。

綜述了離子取代與六角鐵氧體結構、靜磁特性、微波吸收性能的關系。表明離子取代可以有效地控制六角鐵氧體的ms,ha等靜磁性能,改善其微波電磁性能,使其在亞毫米及毫米波段具有較好的微波吸收特性。對鐵氧體在ram材料中的發(fā)展進行展望。

綜述了近年來超高頻用z型六角鐵氧體材料的研究現(xiàn)狀,著重討論了z型六角鐵氧體的低溫燒結及其應用。采用固相反應法制備的低溫燒結z型六角鐵氧材料的磁導率較低(2~4),而溶膠-凝膠法制備的材料的磁導率一般在5~8,但存在成本高、污染環(huán)境等問題。并從應用的角度對z型六角鐵氧體電磁性能的改善途徑進行了總結。

以fe2o3、baco3為原料,采用熔鹽法合成了bafe12o19(bam)六角鐵氧體,研究了煅燒溫度、反應時間、熔鹽添加量r及fe3+/ba2+摩爾比對產(chǎn)物物相、顯微結構及磁性能的影響.結果表明,熔鹽合成bam的反應溫度低于750℃,中間產(chǎn)物為bafe2o4及bafe4o7.fe3+/ba2+摩爾比在10～11.5可得bam單相.熔鹽添加量r為1～3時,所制bam顆粒為規(guī)則六角片狀.fe3+/ba2+摩爾比為11.5,煅燒溫度為1000℃時制得的bam的比飽和磁化強度為71.9a.m2/kg,接近其理論值72a.m2/kg.

摘　要:　采用陶瓷工藝制備co2z(ba3(co0.4zn0.6)2fe23.4o41)和bam(bafi1.4co1.4fe9.2o19)六角鐵氧體,二次球磨時摻雜少量bst(basrtio3)鐵電材料,對比研究了bst摻雜對z型和m型鐵氧體在1mhz~1ghz頻率范圍內相對復磁導率(μr=μr′iμr″)的影響。bst的摻雜使z型鐵氧體μr增大,共振頻率點移向低頻;使m型鐵氧體的μr減小,共振頻率點移向高頻。通過對其微觀結構和磁參數(shù)的測試分析,討論了bst摻雜對z型和m型鐵氧體復磁導率不同影響的作用機理。

采用固相反應法制備了添加bi2o3的bi(co)、zn取代z型六角鐵氧體材料。樣品通過xrd、sem進行表征,并用阻抗分析儀研究了材料的電磁性能。實驗表明,少量的bi取代不會影響z相形成,但可以明顯降低成相溫度;另外zn取代可以提高起始磁導率。最佳實驗組分為ba3-xbixco2+x-yznyfe24-xo41(x=0.15,y=0.8),該組份加入2wt%的bi2o3作助燒劑、900℃燒結,可獲得起始磁導率為4.2的低溫燒結材料。

　采用陶瓷工藝制備co2z(ba3(co0.4zn0.6)2fe23.4o41)六角鐵氧體,通過二次球磨摻雜少量bst(basrtio3)鐵電材料。研究bst摻雜對z型鐵氧體的燒結溫度、相結構、晶粒生長及其在頻率1mhz～1ghz的動態(tài)相對復介電常數(shù)(εr=ε′r-iε″r)和相對復磁導率(μr=μ′r-iμ″r)的影響。結果表明:在bst摻雜量為co2z一次預燒料重量比的0～1.5%內,隨bst含量增加,形成在z型六角結構相生長同時,伴生m相六角結構和鈣鈦礦結構的多相結構;六角結構晶粒明顯長大,材料密度增加;μr和εr增大;鐵磁共振和鐵電共振頻率點移向低頻。當bst摻雜量為1.5%、頻率1mhz時,μ′r=28,ε′r=100,相對于純相co2z材料μ′r和ε′r明顯提高。

以2ghz頻率下材料磁導率的實部、虛部均大于10為研究目標,對co2z型平面六角鐵氧體材料,以磁導率理論計算表示式為基礎,分析了飽和磁化強度ms、面內各向異性場hφ、面外各向異性場hθ以及阻尼系數(shù)α對材料磁譜的影響。根據(jù)理論分析的結果,對co2z型平面六角鐵氧體材料,從配方、摻雜及工藝參數(shù)優(yōu)化等方面進行實驗研究,得到了一組滿足2ghz頻率下μ′、μ″>10的配方、摻雜及工藝條件。理論分析和實驗結果表明,我們可以在一定范圍內調整材料磁導率、共振頻率及共振峰值的寬度,從而使研制的材料適用于更寬的頻率范圍。

根據(jù)最近(2008.10.10)舉行的第十屆國際磁鐵氧體會議(icf10)和第十三屆全國磁學會議(2008.10.31)資料,以及近兩年有關專業(yè)會議文獻等,綜合報導了ghz用六角鐵氧體和鐵氧體復合材料研究國內外近期動態(tài)。

磁鉛石型六角鐵氧體（ｍｏ·６ｆｅ２ｏ３，ｍ＝ｂａ、ｓｒ）是重要的永磁材料和具有潛在應用價值的磁記錄材料。本文綜述了近年來在磁鉛石型鐵氧體納米磁粉的合成與制備領域的一些最新研究進展，包括化學共沉淀法、溶膠－凝膠法、水熱法、機械球磨法、玻璃晶化法、有機樹脂法、液體混合技術等，并對各種合成方法進行了簡要評價。

多鐵性是指材料同時具有鐵電性和鐵磁性,研究表明鐵電性能由復雜的磁序列來誘導產(chǎn)生,但常常在較低的溫度下和較高的磁場下發(fā)生(>0.1t),最近發(fā)現(xiàn)的六角鐵氧體在室溫弱場下(<0.01t)表現(xiàn)出了磁電耦合現(xiàn)象,在新型器件的應用方面具有潛在價值。

用普通陶瓷工藝制備了baalxfe12-xo19六角鐵氧體多晶材料。隨著x的增加,飽和磁化強度減小,居里溫度下降,磁晶各向異性場增加。其結果可以通過假設al3+取代了2a位和12k次點陣位上的fe3+來解釋。

采用普通陶瓷工藝制備了ba（znti）xfe12-2xo19多晶六角鐵氧體。隨著x值增大，比飽和磁化強度σs值減小，居里溫度下降，磁晶各向異性場ha減小，介電常數(shù)ε'增加。

在鐵氧體基復合電波吸收材料中通過混合磁介質、介電型和電阻型吸收材料，在７～１２ｇｈｚ頻段研究吸波特性。發(fā)現(xiàn)磁介質和電介質的加入使吸收量增加，吸收量ａ＞２０ｄｂ，匹配厚度ｈ＜１ｍｍ，面密度δ＜１．８ｋｇ／ｍ２。而電阻型介質的加入，使吸收量降低，匹配厚度增加。鐵氧體、電介質和電阻型介質混合制成混合型電波吸收材料，再添加不同的磁性材料，發(fā)現(xiàn)吸收量增加，達到３０ｄｂ，帶寬也增加，１５ｄｂ帶寬為２．８ｇｈｚ，匹配厚度增加，ａ～ｆ曲線出現(xiàn)多峰，匹配厚度與頻率有關。