La掺杂BiFeO3及BiFeO3/CoFe2O4复合体系的微波吸收性能

摘要

多铁性材料因其同时具有铁电有序和磁有序结构而形成磁电耦合效应,正成为凝聚态物理及信息科学领域的研究热点。利用多铁性材料中电、磁协同损耗效应有可能发展一类新型微波吸收材料,但鲜见报道。本文对多铁性BiFeO3镧掺杂及BiFeO3/CoFe2O4复合体系的微波吸收特性进行了研究。
　　 用溶胶-凝胶法制备了Bi1-xLaxFeO3粉晶,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对样品的晶体结构、微观形貌、元素组成进行了分析。用微波网络分析仪测量了样品的复介电常数和复磁导率,计算了样品的电磁损耗角正切和2-18GHz频率范围的微波反射率,分析了掺杂量和样品厚度对体系微波吸收性能的影响及微波损耗机制。研究结果表明:Bi1-xLaxFeO3晶体结构为钙钛矿型,颗粒形貌为直径约200 nm、长度约700nm的不规则短棒状,La的A位掺杂有利于提高体系的微波吸收性能。当样品厚度为2.6mm,x=0.1时,15.2GHz频率位置吸收峰值为27.7dB,大于10dB吸收带宽为3.4GHz。微波电磁损耗主要来源于铁电极化与共振引起的介电损耗,弱铁磁性也引起磁化驰豫与自然共振损耗,但磁损耗相对较弱。
　　 用溶胶-凝胶法制备了CoFe2O4粉体,用物理共混法制备了BiFeO3/CoFe2O4复合样品,对样品的晶体结构和微观形貌进行了表征。用微波网络分析仪测量了复合样品在2-18 GHz微波频率范围的复介电常数和复磁导率,计算了样品的电磁损耗角和微波反射率。研究结果表明:所制备的CoFe2O4为尖晶石结构,BiFeO3与CoFe2O4分散均匀；CoFe2O4的质量分数对BiFeO3/CoFe2O4复合体系的微波吸收特性有较大影响,当CoFe2O4质量分数为75％,样品厚度为2.8mm时,在9.04GHz位置处吸收峰值为22.23dB,大于10dB吸收带宽为4.3GHz。其微波损耗源于电损耗和磁损耗的协同作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 吸波材料的电磁响应机制

1.2.1 材料的复介电常数、复磁导率、损耗因子

1.2.2 阻抗匹配与衰减特性

1.2.3 电磁损耗的等效电路理解

1.2.4 电磁损耗的微观机制

1.3 多铁性材料及多铁性吸波材料的研究进展

1.4 BiFeO3的晶体结构与电磁特性

1.5 本论文的主要工作

第二章 多铁体Bi1-xLaxFeO3的溶胶.凝胶合成及表征

2.1 Bi1-xLaxFeO3样品的制备

2.1.1 实验仪器与化学试剂

2.1.2 制备方法

2.2 Bi1-xLaxFeO3的晶体结构与颗粒形貌

2.2.1 XRD分析

2.2.2 SEM分析

2.2.3 EDS分析

2.3 样品FT-IR分析

2.4 本章小结

第三章 多铁体Bi1-xLaxFeO3的微波电磁特性分析

3.1 微波电磁参数测试方法

3.2 Bi1-xLaxFeO3的微波电磁参数

3.3 Bi1-xLaxFeO3的微波吸收性能

3.3.1 La掺杂量对Bi1-xLaxFeO3吸波性能的影响

3.3.2 厚度对微波吸收性能的影响

3.3.3 电磁损耗机理分析

3.4 本章小结

第四章 BiFeO3/CoFe2O4复合体系的制备与微波性能研究

4.1 样品的制备

4.1.1 化学试剂与实验仪器

4.1.2 制备方法

4.2 BiFeO3/CoFe2O4复合体系的表征

4.2.1 XRD分析

4.2.2 SEM分析

4.3 BiFeO3/CoFe2O4复合材料的电磁参数

4.3.1 W1(BiFeO3)样品的微波电磁频谱

4.3.2 复合材料W2的微波电磁频谱

4.3.3 复合材料W3的微波电磁频谱

4.3.4 复合材料W4的微波电磁频谱图

4.3.5 复合材料W5的微波电磁频谱

4.4 BiFeO3/CoFe2O4复合材料的微波吸收性能

4.4.1 复合组分对材料吸波性能的影响

4.4.2 厚度对微波吸收性能的影响

4.4.3 BiFeO3/CoFe2O4微波电磁损耗机理

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间主要研究成果