镍锌铁氧体纳米复合材料的制备、磁性能与微波吸收特性

摘要

尖晶石结构的镍锌铁氧体是一种重要的功能磁性材料，由于其具有高电阻率、低温度系数、高居里温度、高频性能良好等特点，在高频电感磁芯、变压器、磁记录材料、微波吸收材料等应用领域占有十分重要的地位。近年来，镍锌铁氧体纳米结构材料由于纳米尺寸效应在300 MHz～3 GHz频段具有较高的微波磁导率、共振频率以及优异的微波吸收特性，在微波通信频段有望成为一类性能优异的微波吸收材料，从而获得广泛关注。本论文通过以下两个途径改善其高频性能以及微波吸收特性：(1)制备镍锌铁氧体纳米晶材料，研究材料的纳米尺寸效应对其高频性能的影响；(2)与六角晶系铁氧体材料进行复合，制成SrFe12O19/Ni0.6Zn0.4Fe2O4复合材料，与单一组分材料的高频性能以及吸波特性进行比较。本论文主要内容归纳如下：
　　 1、以分析纯硝酸盐、氢氧化钠为试剂，采用水热法低温合成了纳米晶Ni0.6Zn0.4Fe2O4粉体，其粒径在20纳米左右，颗粒均匀，分散性好。研究了退火温度对材料的微结构、磁性能的影响。在1000℃退火温度下，饱和磁化强度和矫顽力分别达到58.75 emu/g和174.4 Oe。
　　 2、将纳米晶Ni0.6Zn0.4Fe2O4粉体与石蜡以3:2(质量比)均匀混合，压制成外径7mm、内径3mm的环状，用矢量网络分析仪测试其在300MHz～2GHz磁导率和介电常数。结果表明，镍锌铁氧体纳米材料的磁导率实部μ'r随着频率增加单调下降，磁导率虚部μ'r先增加后缓慢减小，表现为典型的弛豫型畴壁共振特征。未退火样品以及退火温度为1000℃样品磁导率实部μ'r在1.3～3.1之间变化，磁导率虚部μ'r在0～0.74之间变化，介电常数实部ε'r在3.32～3.87之间变化，介电损耗在0～0.068之间变化。在2GHz处，未退火样品以及退火温度为1000℃样品涂层在厚度为8 mm时，反射式吸波衰减均达到4.5dB。Ni-Zn铁氧体纳米晶材料在300 MHz～2GHz频段具有较高的微波磁导率、高磁损耗、低介电常数以及低的介电损耗，在微波吸收、磁疗以及微波生热方面具有重要的应用价值。
　　 3、采用水热法原位复合制备了SrFe12O19/Ni0.6Zn0.4Fe2O4复合材料。研究Ni0.6Zn0.4Fe2O4含量的增加对复合材料SrFe12O19/Ni0.6Zn0.4Fe2O4微结构、磁性能、微波吸收性能的影响。随着Ni0.6Zn0.4Fe2O4的含量的增加，复合材料的饱和磁化强度微弱减小，矫顽力急剧减小，饱和磁化强度从SrFe12O19样品的62.52emu/g减小到SrFe12O19/40％Ni0.6Zn0.4Fe2O4复合材料样品的57.13emu/g，相应矫顽力从1309.1 Oe减小到447.9 Oe。另外，随着Ni0.6Zn0.4Fe2O4含量增加，复合材料的微波吸收特性在8 GHz-15 GHz吸波性能下降，主要由于复合材料的磁晶各向异性下降所致，而且复合材料的饱和磁化强度也下降。