摘 要

随着科学技术的日益发展，电子通讯设备极大的便利了我们的生活，却同时产生电磁辐射，影响人类的生产生活。因此，吸波材料应运而生。其中W型铁氧体BaM₂Fe₁₆O₂₇具有六角片状结构、较高的磁晶各向异性场及自然共振频率，成为有广阔应用前景的磁损耗型吸波材料。

本论文采用化学共沉淀-熔盐法，用稀土元素(Re=Pr、Ce)掺杂制备Ba_1-XRe_XZn_1.25Co_0.75Fe₁₆O₂₇W型铁氧体，并对其物相、微观形貌、元素组成、电磁和吸波性能进行研究。结果表明：当Pr、Ce在掺杂量为X=0.1，0.15，0.2，0.25时，均合成了纯净的W型铁氧体并呈规整的六角片状结构。掺杂后的铁氧体样本的饱和磁化强度M_s优于于未掺杂样本，稀土离子Pr、Ce的掺杂使其磁学性能优化，其中分别以Ba_0.85Ce_0.15Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇和Ba_0.75Pr_0.25Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇为最优，M_s分别为109.07 emu/g、103.40 emu/g。两者的实际化学组成和理论化学计量比近似相同。在0.1-4.5 GHz频率下，Ba_0.85Ce_0.15Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇和Ba_0.75Pr_0.25Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇铁氧体均呈现良好的吸波性能。Ba_0.85Ce_0.15Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇在涂层厚度为3.5 mm时有最小反射率为-10.5 dB；Ba_0.75Pr_0.25Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇在涂层厚度为4 mm时有最小反射率为-12.45 dB，且反射率小于-10 dB的带宽为0.71 GHz，吸波性能最优。

关键词：W型铁氧体 共沉淀-熔盐法 六角片状 饱和磁化强度 反射率

Preparation of rare earth elements doped W-type Ba_1-XRe_XZn_1.25Co_0.75Fe₁₆O₂₇ hexagonal ferrites

Abstract

With the rapid development of science technology, electronic communication devices not only comfort our requirements, but also electromagnetic radiation has been generated, which has negative influence on human health and manufacturing. So microwave absorbing materials arised. Therein, because of hexagonal plate structure, high magnetic anisotropy and natural resonant frequency, W-type ferrites (BaM₂Fe₁₆O₂₇) become wide-used microwave absorbing materials

In this paper, coprecipitation/salt method had been used to prepare Ba_1-XRe_XZn_1.25Co_0.75Fe₁₆O₂₇ W-type ferrites which were doped by rare material elements (Pr, Ce) respectively . Then influence of rare earth content on phase composition, morphology, elemental composition, and electromagnetic properties had been researched. The results show that changing Pr or Ce content between 0.1 and 0.25 all presented pure W-type crystal phrase and hexagonal plate structure. The doped ferrites have higher saturation magnetization(M_s) than the undoped. When Ba/Ce ratio is 0.85/0.15 or Ba/Pr ratio is 0.25, M_s reached 109.07 emu/g and 103.40 emu/g respectively. The actual chemical composition of the above two samples is almost equal to the theoretical stoichiometry ratio. With the frequency ranging from 0.1 GHz to 4.5 GHz, Ba_0.85Ce_0.15Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇ and Ba_0.75Pr_0.25Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇ ferrites show excellent microwave absorbing properties. Ba_0.85Ce_0.15Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇ has the minimum reflection loss of -10.5 dB when the coating thickness is 3.5 mm. When the coating thickness is 4 mm, Ba_0.75Pr_0.25Co_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇ has the minimum reflection loss of -12.45 dB. And the frequency range is 0.71 GHz with the reflection loss under -10 dB.

Keywords：W-type hexagonal fettites; Coprecipitation/salt method; Hexagonal plate-like shapes; Saturation magnetization; Reflection loss

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 吸波材料概述 1

1.3 铁氧体吸波材料 2

1.3.1 铁氧体吸波材料的分类 2

1.3.2 制备方法 4

1.4 W型铁氧体吸波材料的研究现状 6

1.5 本论文主要研究内容 7

第二章 实验方法与性能表征 9

2.1 实验原料 9

2.2 实验设备 9

2.3 实验流程 10

2.3.1 共沉淀-熔盐法制备Ba_1-XCe_XZn_1.25Co_0.75Fe₁₆O₂₇铁氧体粉体 10

2.3.2 共沉淀-熔盐法制备Ba_1-XPr_XZn_1.25Co_0.75Fe₁₆O₂₇铁氧体粉体 11

2.3.3 铁氧体磁环的制备 11

2.4 结构表征及性能测试 11

2.4.1 X射线衍射分析 11

2.4.2 扫描电子显微分析 12

2.4.3 元素分析 12

2.4.4 静磁性能参数及其测试 12

2.4.5 电磁参数及其测试 13

第三章 稀土元素掺杂制备Ba_1-XRe_XZn_1.25Co_0.75Fe₁₆O₂₇铁氧体 16

3.1 铈元素掺杂制备Ba_1-XCe_XZn_1.25Co_0.75Fe₁₆O₂₇W型铁氧体 16

3.1.1 铈元素掺杂对W型铁氧体物相影响 16

3.1.2 铈元素掺杂对W型铁氧体微观形貌影响 16

3.1.3 铈元素掺杂W型铁氧体元素分析 17

3.1.4 铈元素的掺杂对W型铁氧体磁学性能影响 18

3.1.5 铈元素的掺杂W型铁氧体电磁性能分析 19

3.1.6 小结 22

3.2 镨元素掺杂制备Ba_1-XPr_XCo_0.75Zn_1.25Fe₁₆O₂₇W型铁氧体 23

3.2.1 镨元素掺杂对W型铁氧体物相影响 23

3.2.2 镨元素掺杂对W型铁氧体微观形貌影响 23

3.2.3 镨元素掺杂W型铁氧体元素分析 24

3.2.4 镨元素的掺杂对W型铁氧体磁学性能影响 25

3.2.5 镨元素掺杂W型铁氧体电磁性能分析 26

3.2.6 小结 29

第四章 结论与展望 31

4.1 结论 31

4.2 展望 31

参考文献 33

致谢 36

第一章 绪论

1.1 引言

在科学技术日益强大的今天，各类电气设备为我们带来了优质的生活。但这些设备在使用的同时也暗藏“危机”——电磁辐射。作为继水污染、大气污染和噪声污染的第四大环境污染源，当人体过长时间暴露在较强电磁波辐射中会对人体各大神经和免疫系统产生损伤。而家用电器、办公电子、手机电脑成为电磁辐射的最大来源，不可避免。为减小电磁污染，对吸波材料的研究十分迫切。同时，在军事方面，各大强国在攻击和防御等军事技术方面都越来越强，隐身技术也是非常重要的一部分，为了提高国家的综合国力，吸波材料的应用也非常关键。吸波材料的主要作用是使入射波尽可能的进入材料内部而不被反射，并通过其自身损耗将电磁波的能量转化为内能等能量^[1]。目前吸波材料的研究涉及很多种类和领域，其中，铁氧体吸波材料因生产成本低、应用便捷且可以在薄涂层厚度的情况下对低频波段有优良的吸收性能，近几十年来一直受到广泛关注。其中W型铁氧体材料同时具备亚铁磁性和介电特性，兼具磁损耗和介电损耗，尤其是磁损耗性能较为优异，成为研究的重点之一。

1.2 吸波材料概述

吸波材料是一种能吸收入射波能量，并能通过自身的耗损作用，使入射到内部的电磁波能量转化为热能或其他形式的能量的材料^[2]。吸波材料的种类很多，各类材料都有其独特化学成分、微观结构和不同的应用场合，具体分类如下：

1、根据吸波机理的差异，吸波材料可分为干涉型和吸收型^[3~5]。(1) 干涉型的主要机理是：入射到吸波层表面以及内部反射的电磁波相位相反，干涉相消。它的吸收波段通常较窄^[3]。(2) 吸收型的主要机理是：材料自身会具备一些损耗电磁波能量的能力，并能将其转变为其他能量来减少入射波的反射作用，从而使电磁波衰减^[4~5]。

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