纳米晶铁氧体微米纤维微波吸收体设计及特性表征

摘要

一维材料具有比表面积大、各向异性显著、面密度小等特点,是一种新型微波吸收材料。本文以有机羧酸和金属盐为原料,采用有机凝胶.转化法制备了纳米晶Ni0.5Zn0.5Fe2O4与SrFe12O19微米纤维及其复合纤维。利用XRD、SEM等对纤维的结构、物相、形貌、组成进行了分析;采用振动样品磁强计(VSM)对纤维的磁性能进行了测试。基于纤维/石蜡复合材料的微波电磁参数,模拟计算了其吸波性能。
　　 研究表明:采用有机凝胶.转化法可以成功制备纳米晶Ni0.5Zn0.5Fe2O4与SrFe12O19微米纤维及其复合纤维。纤维直径分布在0.2-10μm左右、表面光滑、晶粒大小在几十纳米、长径比较大。对于单相Ni0.5Zn0.5Fe2O4与SrFe12O19纤维,前者呈现出明显的软磁性而后者则为硬磁材料。而对于两相复合微米纤维,随着Ni0.5Zn0.5Fe2O4相的增加,其磁性能由硬磁向软磁转变,通过软-硬磁性晶粒间的交换耦合相互作用可以使复合材料同时具有硬磁相的高矫顽力和软磁相的高饱和磁化强度。定向分布的纳米晶Ni0.5Zn0.5Fe2O4与SrFe12O19微米纤维及其复合纤维束表现出明显的磁各向异性,该性能主要受磁晶各向异性、形状各向异性和静磁相互作用等因素影响。
　　 单层纳米晶Ni0.5Zn0.5Fe2O4、SrFe12O19及其复合微米纤维材料,以及单层纳米晶α-Fe纤维材料对微波都有一定的吸收。基于纳米晶Ni0.5Zn0.5Fe2O4、SrFe12O19及其复合微米纤维与纳米晶α-Fe纤维设计的双层结构吸波体,以及以纳米晶SrFe12O19微米纤维、Ni0.5Zn0.5Fe2O4微米纤维及纳米晶α-Fe微米纤维设计的三层结构吸波体,其微波吸收性能都要比单层结构的吸波体好的多,并且三层结构吸波体的性能最好。以0.2mm厚纳米晶α-Fe微米纤维/石蜡复合材料作为匹配层和以1.8mm厚纳米晶Ni0.5Zn0.5Fe2O4微米纤维/石蜡复合材料作吸收层做成的双层结构吸波体,其反射率在13.8GHz处达到最小值为-73dB,并且在7.8到18GHz频率范围内反射率均小于-10dB,其吸收频宽达到10.2GHz,覆盖了全部的Ku-波段(12.4-18GHz)和全部的X-波段(8.2-12.4GHz);以0.7mm厚纳米晶α-Fe微米纤维/石蜡复合材料作为吸收层和以1.3mm厚纳米晶Ni0.5Zn0.5Fe2O4/SrFe12O19(1:1)微米纤维/石蜡复合材料作匹配层做成的双层结构吸波体,其反射率在16.2GHz处达到最小值为-78dB;以厚度为0.2mm纳米晶SrFe12O19微米纤维/石蜡复合材料为最外层材料、以厚度为1.6mm的Ni0.5Zn0.5Fe2O4微米纤维/石蜡复合材料为最内层材料及以厚度为0.2mmα-Fe微米纤维/石蜡复合材料中间层材料做成总厚度为2.0mm的三层结构吸波体,在13.1GHz处对达到对微波的最大吸收,最小反射率为-120.5dB,并且在8.9到18GHz频率范围内反射率均小于-10dB,其吸收频宽可达到9.1GHz。