[发明专利]一种具备高效吸波性能的稀土掺杂铁氧体/软磁合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具备高效吸波性能的稀土掺杂铁氧体/软磁合金复合材料及其制备方法。先通过溶胶凝胶法、共沉淀法或水热法制备稀土掺杂铁氧体粉体，再将稀土掺杂铁氧体粉体进行热还原处理，即得稀土掺杂铁氧体/软磁合金复合材料，该复合材料利用稀土元素和软磁合金对铁氧体的多效应协同作用，有助于其电磁性能和微波衰减能力显著增强，拓宽了有效吸收频带宽，使其在较低厚度下展现出良好的吸波性能。

技术领域

本发明涉及一种稀土掺杂铁氧体/软磁合金复合材料，特别涉及一种具备高效吸波性能的稀土掺杂铁氧体/软磁合金复合材料，还涉及其制备方法，属于功能无机材料技术领域。

背景技术

近年来，随着先进的电子设备及无线通信技术的高质量发展，其伴随的电磁辐射污染问题也日益凸显，能削弱电磁辐射的吸波材料正面临着巨大的挑战。为了适应现代隐身技术和电磁屏蔽技术的高要求，对传统的微波吸收材料进行表面改性或复合化，进而调控电磁参数，提高吸波性能，已然成为热门的研究热点。在磁性吸波材料中铁氧体因具有较高的矫顽力和电阻率等特性，在VHF/UHF范围内有良好的电磁波吸收性能，并广泛应用在磁流体、微波器件和医学等领域。然而，铁氧体存在吸收频带窄，在高频段共振吸收较弱，磁导率降低等问题制约着钴铁氧体的发展。

因此，通过优化材料成分并构建具有互补性质的微结构改善铁氧体的低反射损耗和窄吸收频带等吸波性能是一种很有吸引力的策略。其中，掺入稀土元素来调节铁氧体的微观结构和固有电磁参数可以有效提高其吸波性能。这主要归因于稀土元素优异的物理性质，如独特的电子结构和强烈的自旋-轨道耦合作用等。当稀土离子RE³⁺掺入钴铁氧体结构中，会引起晶格畸变，RE³⁺和Fe³⁺之间会产生3d-4f耦合作用，从而影响钴铁氧体的磁矩和磁晶各向异性等。如文献(“Cation distribution and microwave absorptive behavior ofgadolinium substituted cobalt ferrite ceramics”，T.SODAEE,et al.,2017,706,133-146)公开了使用水热法制备了CoFe_2-xGd_xO₄。结果表明，Gd³⁺的掺杂使钴铁氧体的有效吸收频率向8～12GHz移动，且CoFe_1.95Gd_0.05O₄样品的最小反射损耗为30.47dB。文献(“Presenceof neodymium and gadolinium in cobalt ferrite lattice:Structural,magn eticand microwave features for electromagnetic wave absorbing”，A.NIKZAD,etal.,J.Rare Earths 2020,38,411-417)公开了一种CoFe_1.8Nd_0.1Gd_0.1O₄材料，其吸收带宽增加到覆盖整个X波段。文献(“Effects of ordered mesoporous structure and La-doping onthe microwave absorbing properties of CoFe₂O₄”，T.SHANG,Q.LU,L.CHAO,etal.Appl.Surf.Sci.2018,434,234-242)公开了通过La掺杂制备了具有高比表面积的有序介孔的CoLa_0.12Fe_1.88O₄复合材料。在3.0mm的厚度下，最小反射损耗(RLmin)为-46.47dB，有效吸收带宽(EAB)为4.9GHz。然而，稀土掺杂铁氧体复合材料的介电损耗仍较低，增强的磁损耗和衰减能力一定程度上不可避免地会降低阻抗匹配。因此通过调节材料的组分来获得良好的阻抗匹配和衰减能力是目前的研究重点。软磁合金(FeCo/FeNi)具有较高的饱和磁化强度Ms和载流子浓度，在外加电磁场的作用下，可以消耗一部分电磁能，增强材料的介电性能。此外，铁氧体和软磁合金之间的强交换耦合异质界面可导致协同效应和界面极化，从而增强电磁损耗能力，进一步有效改善材料的吸波性能。如文献(“Magnetic andmicrowave absorption properties of FeCo/CoFe₂O₄ composite powders”，S.GOLCHINVAFA,et al.,J.Alloys Compd.2019,809)公开了FeCo/CoFe₂O₄在C和X波段表现出高于单一铁氧体材料的微波吸收，主要归因于界面极化和铁磁共振机制。文献(“One-potsynthesis of CoFe₂O₄/graphene oxidehybrids and their conversion into FeCo/graphene hybrids for lightweight and highly efficient microwave absorber”，X.LI,et al.J.Mater.Chem.A2015,3,5535-5546)公开了制备的CoFe₂O₄–Co₃Fe₇中空微球，由于两者之间的交换耦合作用协同互补了材料的介电损耗和磁损耗，导致材料的最小RL高达-41.6dB，EAB为3GHz。