论文摘要
随着现代微波电子技术与现代雷达的飞速发展,电磁波辐射对环境的影响日益增大,在继噪音污染、空气污染、水污染之后,电磁波污染已经成了威胁人类生存的第四大公害,对电磁辐射的防护已越来越引起人们的重视。针对日常电磁污染的防护要求,设计及制备吸波材料是解决电磁污染危害的有效途径。因此对电磁波吸收材料的研究具有非常重要的意义,制备性能优异的吸波材料成为当前的研究热点。钛酸钡是一种电损耗材料,铁氧体是一种磁损耗材料,它们属于两类截然不同的电磁辐射防护材料,并可以采用掺杂处理来调整吸波剂的吸波频段。但其吸收强度、频带宽度无法满足新型吸波材料的要求。稀土元素吸波性能优良,适量掺杂有望改善材料的吸波性能。因此本文重点研究稀土掺杂对钛酸钡及铁氧体材料的结构与吸波性能的影响。以醋酸钡,钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纳米钛酸钡粉体。优化并确定了钛酸钡制备的最佳工艺条件,即:溶胶浓度0.5mol/L,冰乙酸用量400ml/mol前驱体,水浴温度60℃,凝胶煅烧温度850℃。借助XRD、Raman、FT-IR、SEM、TG-DTA、矢量网络分析仪等测试分析方法,对钛酸钡材料的晶体结构、表面形貌、凝胶热分解过程及吸波性能进行了研究。结果表明:所制得的钛酸钡粒子平均粒径63nm,为纯四方相晶相,且在218GHz频段内反射损耗小于-10dB的吸收频带宽为1.9GHz,最小反射损耗峰出现在4.4GHz,峰值为-25dB,具有较好的电磁吸收性能。采用已优化的钛酸钡溶胶凝胶工艺,制备了稀土镧（La）、铈（Ce）、钕（Nd）、铕（Eu）、钆（Gd）、镝（Dy）掺杂钛酸钡纳米材料。考察稀土种类对钛酸钡材料晶体结构、晶格常数、粒径、表面形貌及吸波特性的影响。研究表明:所有稀土掺杂样品均形成四方相钛酸钡微晶,晶粒发育良好,粒径在3060nm之间。稀土掺杂引起了晶格畸变,使晶格常数a变大,粒径细化,晶轴比变小,晶胞体积收缩。电磁性能参数都发生了蓝移与压峰,反射率减小,吸收带拓宽,吸波性能得到了明显改善。其中,Nd、La、Ce掺杂对钛酸钡样品的最小反射率影响较大,最小反射率小于-50dB;Nd、Eu对拓宽频带宽度贡献最大,小于-10dB的频带宽度拓宽了2倍多,Ce对拓宽频带宽度贡献最小,仅增加了0.5GHz。La掺杂使得钛酸钡材料反射损耗峰向高频移动的幅度最大。以稀土镧为例,研究了稀土掺杂量对于钛酸钡结构与性能的影响,随着La掺杂量的增加,晶格常数a逐渐减小,晶粒粒径、晶轴比和晶胞体积均为先增大后减小。掺杂量为0.2%、0.6%的稀土有效的降低了钛酸钡材料的最小反射率,拓宽了吸收频带宽。本文选用溶胶凝胶自蔓延法制备了M型钡铁氧体BaFe12O19。从磁性能角度,分析了柠檬酸、pH值对材料磁性能的影响规律,结果表明:柠檬酸配比对饱和磁化强度（Ms）的高低无显著影响,对矫顽力（Hc）有显著的影响,随着柠檬酸用量的增加,粒径逐渐减小,矫顽力逐渐增大。而随着溶胶pH值的升高,磁粉的Ms呈先增大后减小的趋势,在pH=7.00处达最大值,矫顽力随溶胶pH的变化并未呈现出显著的变化。根据团聚机理,分析了柠檬酸、pH值、聚乙二醇对控制团聚的贡献。最终确定溶胶凝胶自蔓延法制备M型钡铁氧体的工艺条件为柠檬酸与金属离子的配比2:1,pH值7.0,聚乙二醇20g/L。借助TG-DTA、XRD分析确定了M型钡铁氧体煅烧温度为850℃,煅烧时间3h。在此条件下制备的钡铁氧体材料经分析为六角晶系M型铁氧体,最小反射率-12dB,小于-10dB吸收频带宽度仅为0.6GHz,吸波性能较差。采用已优化的钡铁氧体溶胶凝胶自蔓延工艺,制备了稀土Ce、Dy掺杂钡铁氧体材料。考察稀土掺杂对钡铁氧体材料结构、磁性能及吸波性能的影响。结果表明:各掺杂量样品形成了M型铁氧体,随稀土掺杂量的增加,Ms几乎不变,但比同条件下未掺杂铁氧体BaFe12O19的Ms有所降低;矫顽力Hc随掺杂量x的增加先减小后增大,在x=0.2处出现极小值。在2～18GHz范围内,稀土掺杂使得BaFe12O19材料的反射率明显降低,有效拓宽了BaFe12O19材料的频带宽度,且Ce掺杂的影响大于Dy掺杂。由此可见,稀土掺杂有效的改善了钛酸钡、铁氧体材料吸波性能。