磁損耗型吸波材料的發(fā)展現(xiàn)狀

王彩霞 劉元軍

摘要： 基于單一磁損耗型吸波材料存在密度大、吸收頻帶窄、阻抗匹配差等問題，文章介紹了磁性材料吸波機理及分類情況，簡述了近年來磁性材料的國內(nèi)外研究進展，并對其復合材料的制備方法進行歸納。通過將磁性材料與介電型吸波材料復合、調(diào)控磁性吸波復合材料結(jié)構(gòu)、在磁性吸波材料表面涂覆包覆層、以其他金屬部分取代鐵氧體金屬離子等方法，均能有效地提高復合材料吸波性能。但采用這些方法的制備工藝較為復雜，制備出的吸波材料仍存在吸收頻帶窄、吸收性能低等不足。針對現(xiàn)有問題，文章最后展望了磁性吸波材料未來的發(fā)展方向。

關鍵詞： 磁性材料;吸波劑;復合材料;電磁輻射;研究進展

Abstract： Based on the problems of single magnetic loss wave-absorbing material， such as high density， narrow absorption band and poor impedance matching， this paper briefly introduces the wave-absorbing mechanism and classification of magnetic materials， sketches the research progress of magnetic materials at home and abroad in recent years and summarizes the preparation methods of the composite materials. The wave-absorbing properties of composite materials can be effectively improved by synthesizing magnetic materials with dielectric wave-absorbing materials， adjusting the structure of magnetic wave-absorbing composite materials， coating the surface of the magnetic wave-absorbing materials with a coating layer and replacing part of the ferrite metal ions with other metal ions. However， the preparation processes of these methods are complex， and the prepared wave-absorbing materials still have some shortcomings， such as narrow absorption band and low absorbing capacity. In view of existing problems， we finally prospect the future development direction of wave-absorbing materials.

Key words： magnetic material; wave-adsorbing agent; composite material; electromagnetic radiation; research progress

隨著中國科技水平與人民生活水平的不斷提高，各種各樣的電子設備逐漸走進人們的生活與工作環(huán)境當中，這些電子設備的使用為人們的生活與工作帶來了極大的便利，但也引發(fā)了許多問題。其中一個引人關注的問題就是產(chǎn)生了大量危害人體健康、干擾電子設備正常運行的電磁輻射[1]，電磁輻射污染問題成為了繼大氣污染、水污染及噪聲污染之后的第四大污染[2]。為了解決由電磁輻射造成的危害[3]，國內(nèi)外研究人員圍繞磁損耗型吸波材料做了大量研究，但目前已制取的磁性吸波復合材料還未完全實現(xiàn)厚度薄、質(zhì)量輕、吸收頻帶寬及吸波性能強[4]的目標。

磁損耗型吸波材料吸波機制主要為磁損耗，為了改善磁損耗型吸波材料吸波機制單一的不足，減少電磁波的輻射和干擾，國內(nèi)外研究人員采取了合理地組裝介電材料和磁性材料、改變磁性材料的形貌、涂覆包覆層及金屬離子取代等措施，但是制取的吸波材料仍未完全實現(xiàn)“薄、輕、寬、強”的目標，故之后的研究還應朝著這個目標方向發(fā)展，不斷開發(fā)新型的性能優(yōu)異的吸波材料。

1 磁損耗型材料吸波機理

吸波材料吸波機理如圖1所示[5]。當電磁波入射到吸波涂層上時，一部分會在材料表面發(fā)生反射，另一部分會進入涂層內(nèi)部被涂層材料吸收或衰減。

磁損耗型吸波材料主要是通過磁滯損耗、鐵磁共振和渦流損耗等大量吸收電磁波的能量，并將其轉(zhuǎn)化為熱能來達到吸波目的。

通常使用失量網(wǎng)絡分析儀來測定吸波材料的吸波性能。根據(jù)傳輸線理論，用反射損耗（也叫做反射率）來表征吸波材料的吸波性能，其計算公式[6]如下：

2 磁損耗型吸波材料分類及研究進展

磁損耗型吸波材料主要分為兩種，分別是鐵氧體與金屬磁性微粉。

2.1 鐵氧體

鐵氧體是一類由鐵及其他一種或多種金屬元素組合在一起具有鐵磁性的金屬氧化物[7]。鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)主要分三種，分別是尖晶石型、石榴石型及磁鉛石型，其中作為吸波材料應用最多的是尖晶石型與磁鉛石型[8]。

2.1.1 尖晶石型鐵氧體

鐵氧體的種類多種多樣，其中被發(fā)現(xiàn)最早、種類最豐富并且應用范圍最廣的就是尖晶石型鐵氧體。尖晶石型鐵氧體也由于具有良好的電學、光學性質(zhì)被廣泛地應用到電磁防護領域當中[9]。尖晶石型鐵氧體的化學式可以概括成MeFe2O4，其中Me指的是二價的金屬陽離子，比如Mg2+、Cu2+、Ni2+等;化學式中的鐵離子為三價鐵，也可以被其他的三價金屬陽離子取代，比如La3+、Al3+、Y3+等。通過改變鐵氧體的組成結(jié)構(gòu)可以改善其電磁性能，從而制備出吸波性能更佳的尖晶石型鐵氧體吸波材料[10]。

韓寧[11]通過化學氧化原位聚合法成功制備了聚苯胺/鐵酸鈷/聚偏二氟乙烯三元復合材料。對三元復合材料的電磁性能的測試結(jié)果表明：在匹配厚度為4 mm時，復合材料在76 GHz處存在著最大吸收，對應的反射損耗值為-57.7 dB，有效吸收頻帶（反射損耗值小于-10 dB）寬度為3.4 GHz。聚偏二氟乙烯的引入，增大了界面效應，從而更利于電磁波的吸收，因此復合材料具有優(yōu)異的吸波性能。

SUN Chang等[12]采用溶膠-凝膠法成功制備了一種LiFeO2/ZnFe2O4鐵氧體復合材料，發(fā)現(xiàn)所制備的復合材料在17.7 GHz處具有最小反射損耗值為-10.4 dB，匹配厚度為16.7 mm。此外，所制備的復合材料的電磁特性表明，與其他地方報道的ZnFe2O4單組分反射曲線相比，該復合材料的反射曲線在2～18 GHz內(nèi)呈現(xiàn)出幾個強吸收峰。

LEI Yiming[13]開發(fā)了一種氧化石墨烯/共摻雜的鋅鎳鐵氧體/聚苯胺三元復合材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的微波吸收性能。測試結(jié)果表明，通過原位聚合法制備的三元復合材料微波吸收能力的提高與復合材料的均勻夾層結(jié)構(gòu)和阻抗相容性有關。該研究制取的厚度薄、吸收帶寬的三元復合材料，成為微波吸收應用領域中一種潛在候選材料。

QIAO Yue等[14]通過簡單的原位聚合，制備了一種具有良好吸波性能的鋅鐵氧體/聚苯胺/氧化石墨烯三元復合材料。該復合材料的介電損耗主要由德拜偶極弛豫控制，在吸收厚度為3.29 mm時，該復合材料在9.5 GHz處的最大反射損耗為-58.0 dB，有效吸收帶寬為3.91 GHz。

DONG Shenhui等[15]采用改進的水熱法成功地合成了超薄M型鍶鐵氧體納米片，并對其微波吸收性能進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，溫度和二甘醇對M型鍶鐵氧體納米片的超薄結(jié)構(gòu)和良好的分散性有影響，厚度為3.5 mm時復合吸波材料的最小反射損耗值（RL）為-28.6 dB，在高頻區(qū)的有效吸收帶寬為0.92 GHz。M型鍶鐵氧體納米片具有較強的磁晶各向異性和較大的矯頑力，故具有優(yōu)異的微波吸收性能。

2.1.2 磁鉛石型鐵氧體

磁鉛石型鐵氧體屬于六角晶系，其結(jié)構(gòu)式可表示為MB12O19、MOB2O3等，其中M表示二價金屬陽離子，如Sr2+、Ba2+、Pb2+等。B表示三價金屬陽離子，常見的有Al3+、Ga3+、Cr3+、Fe3+等。常見的磁鉛石型鐵氧體為M型鐵氧體，包括鋇鐵氧體、鍶鐵氧體與鉛鐵氧體等[16]。

MENG Xianfeng等[17]采用共沉淀法、原位聚合法制備了Ni0.5Zn0.5Fe2O4/鋇鐵氧體@聚苯胺復合材料。結(jié)果表明，聚苯胺涂層、交換耦合行為和阻抗匹配特性對復合材料的微波吸收性能有重要影響。厚度為3.5 mm時復合吸收材料的反射損耗達到最小值為-25.6 dB，在7.12～14.36 GHz頻率內(nèi)復合材料的有效吸收帶寬為7.24 GHz。由表征結(jié)果可得，Ni0.5Zn0.5Fe2O4/鋇鐵氧體@聚苯胺復合材料具有良好的吸波性能，在電磁防護領域中具有潛在的應用前景。

HAN Qiuxia等[18]采用溶膠-凝膠自蔓延燃燒技術，在1 000 ℃下制備了Ni0.5Zn0.5Fe2O4/M型鍶鐵氧體復合材料。結(jié)果表明，復合材料的磁性能和微波吸收性能與Ni0.5Zn0.5Fe2O4和M型鍶鐵氧體相的質(zhì)量比及樣品的厚度密切相關。質(zhì)量比為1︰3的樣品，磁共振值為30.5 emu/g，Hc值為3 300 Oe，表現(xiàn)出優(yōu)越的磁性。同時，當樣品厚度為4 mm時，在6.2 GHz處得到最小反射損耗值為-47.0 dB，帶寬（RL<-10 dB）達到6.4 GHz（2.9～9.3 GHz）。

2.2 金屬磁性微粉

金屬磁性微粉吸波材料主要通過渦流損耗、共振吸收和弛豫損耗吸收損耗電磁波，具有高磁導率和良好的溫度穩(wěn)定性[19]。金屬磁性微粉吸波材料主要分為兩種：第一種是羰基金屬微粉吸波材料，第二種是通過蒸發(fā)或還原有機醇鹽得到的磁性金屬微粉吸波材料[20]。常見的羰基金屬微粉有羰基鐵、羰基鈷、羰基鎳等，粒徑通常為微米級。目前常用的磁性金屬微粉包括鈷粉、鎳粉、鈷鎳合金、鐵鎳合金等。

由于金屬磁性微粉吸波材料存在介電常數(shù)較大、密度較大、低頻段吸收性能較差等不足，因此國內(nèi)外研究人員從改善形態(tài)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化制備工藝及匹配電磁參數(shù)等角度入手研究，制備具有良好吸波性能的磁性金屬微粉吸波材料。

DUAN Wenju等[21]通過在羰基鐵表面沉積磷酸鋁層，成功制備了一系列羰基鐵/磷酸鋁復合材料。一方面磷酸鋁層的存在可以顯著提高羰基鐵的抗氧化能力。另一方面磷酸鋁層對羰基鐵/磷酸鋁復合材料的電磁參數(shù)產(chǎn)生了負面影響，導致復合材料的介電常數(shù)和復磁導率會隨其含量變化。優(yōu)化磷酸鋁層后，羰基鐵/磷酸鋁復合材料介電損耗和磁損耗的兼容性及良好的阻抗匹配使得復合材料的微波吸收性能大大提高。當復合材料厚度為1.0～5.0 mm時，其中最大反射損耗可達-39.9 dB，有效吸收帶寬為2.4～18.0 GHz。

羅平等[22]使用無水乙醇作為過程控制劑，采用高能球磨法將球形羰基鐵粉制備成片狀羰基鐵粉，然后制備了不同膜厚的片狀羰基鐵粉/聚氨酯吸波涂層復合材料，探討了匹配比例對復合材料微波吸收性能的影響，研究結(jié)果表明，體積分數(shù)為15%的片狀羰基鐵粉/聚氨酯（第一層厚度為1.5 mm）+體積分數(shù)為40%的片狀羰基鐵粉/聚氨酯（第二層厚度為0.7 mm）的體系，在2.0～18.0 GHz頻率內(nèi)的最小反射損耗達到了-16 dB，反射損耗小于-10 dB的有效吸收頻帶帶寬為12.3 GHz。

CHEN Chihchia等[23]以球形羰基鐵粉為原料，采用高能球磨法制備了片狀羰基鐵粉與還原氧化石墨烯/片狀羰基鐵粉復合粒子。之后采用透射/反射法測量了三種含50%（質(zhì)量分數(shù)）球形羰基鐵粉、片狀羰基鐵粉和還原氧化石墨烯/片狀羰基鐵粉粒子的還原氧化石墨烯/片狀羰基鐵粉/環(huán)氧樹脂復合材料的電磁性能。結(jié)果表明，球磨處理后，復合材料的介電常數(shù)和磁導率均增大。與片狀羰基鐵粉/環(huán)氧樹脂復合材料相比，還原氧化石墨烯/片狀羰基鐵粉/環(huán)氧樹脂吸波復合材料具有較高的介電損耗和較低的反射損耗。對于厚度相同的吸波材料，隨著目標頻率向低頻區(qū)移動，還原氧化石墨烯/片狀羰基鐵粉/環(huán)氧樹脂復合材料的反射損耗明顯提高。對于厚度為2 mm的50%（質(zhì)量分數(shù)）還原氧化石墨烯/片狀羰基鐵粉/環(huán)氧樹脂吸收劑，頻率為11.0 GHz時最小反射損耗達到-32.3 dB。

LI Cuiping等[24]用微波輔助法制備了層狀多孔鎳鈷碳銀耳狀組裝體，并進行了燒結(jié)，較高的燒結(jié)溫度有助于碳基體的石墨化和鎳鈷合金的生長。在700 ℃下獲得的層狀多孔鎳鈷碳復合材料顯示出最佳的微波吸收性能：在8.4 GHz處最小反射損耗值達到-41.6 dB，通過調(diào)整層厚（1.0～5.5 mm）得到最寬有效吸收帶寬為34.33 GHz（3.78～38.11 GHz）。

3 改善磁性吸波材料微波吸收性能的方法

3.1 與介電損耗型吸波材料摻雜制備吸波復合材料

單壁碳納米管和石墨烯等介電型吸波材料具有介電性能好、質(zhì)量較輕等優(yōu)點，并且還原石墨烯具有較大的表面積，表面還含有大量懸掛鍵和缺陷，均可大幅度增強吸波復合材料的界面極化和偶極子極化效果[25]，但其阻抗匹配較差，因此其吸波性能不盡人意。而磁性吸波材料磁損耗大，阻抗匹配高，故與單壁碳納米管或石墨烯等介電型吸波材料復合制備吸波材料，就能結(jié)合二者的優(yōu)點，彌補單一磁性吸波材料存在的密度較大、介電型吸波材料存在的阻抗匹配較差等不足，從而制備出具有優(yōu)異吸波性能的吸波復合材料。

孫星等[26]先是采用直流電弧放電法制備了高結(jié)晶性單壁碳納米管，接著采用溶膠凝膠自燃法制備了鐵酸鈷，然后將兩種材料復合制得單壁碳納米管-鐵酸鈷雙層復合吸波材料。結(jié)果表明，當單壁碳納米管作為吸收層、鐵酸鈷作為匹配層時，通過調(diào)節(jié)吸收層和匹配層的厚度，單壁碳納米管-鐵酸鈷雙層復合吸波材料的最小反射損耗值可達到-61.13 dB，有效吸收帶寬（反射損耗低于-10 dB）達到7 GHz（8～15 GHz）。該復合材料之所以能夠具有如此優(yōu)異的吸波性能，首先是由于鐵酸鈷作為匹配層，具有較高的阻抗匹配，使入射電磁波的直接反射大幅減少;其次是因為鐵酸鈷磁損耗機制與單壁碳納米管介電損耗機制的結(jié)合;最后是由于復合材料雙層結(jié)構(gòu)間存在的界面效應及單壁碳納米管的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使電磁波在吸波體內(nèi)部的反射增加，從而使得單壁碳納米管-鐵酸鈷雙層復合材料成為了一種新型的有廣闊應用前景的高吸收寬頻帶微波吸收材料。

周小文等[27]通過采用靜電紡絲法制備了不同成分的鎳鋅鐵氧體納米纖維，然后采用超聲法將其與還原氧化石墨烯（RGO）溶液復合制備了石墨烯/NixZn（1-x）Fe2O4（x=0，0.3，0.5）軟磁復合材料，并對該復合材料的吸波性能進行了實驗研究。測試結(jié)果表明：當x=0.5、試樣厚度為4.0 mm時，RGO/Ni0.5Zn0.5Fe2O4復合材料在頻率為6.28 GHz處的最小反射損耗值為-41.51 dB，有效吸收頻帶帶寬為2.53 GHz。采用靜電紡絲法制備該復合材料，不僅快捷方便而且工藝成本低，可實現(xiàn)大批量快速制備。并且，該復合材料由于兼具磁損耗與介電損耗作用機制，具有優(yōu)異的吸波性能，從而在吸波領域擁有較好的應用前景。

孫銀鳳等[28]首先采用Hummers法制備了氧化石墨烯，然后通過溶膠-凝膠法制備了鑭摻雜Z型鋇鐵氧體Ba2.7La0.3Co2Fe24O41，然后將鐵氧體與氧化石墨烯復合制備出Ba2.7La0.3Co2Fe24O41/還原氧化石墨烯二元復合材料，最后用導電聚合物聚苯胺將二元復合材料包裹制備了Ba2.7La0.3Co2Fe24O41/還原氧化石墨烯/聚苯胺三元復合吸波材料。經(jīng)過對材料的電磁參數(shù)及微波吸收性能的表征測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Z型鐵氧體與還原氧化石墨烯復合后，其介電常數(shù)虛部和吸波性能均有顯著提升，并且在被聚苯胺包裹之后，三元復合吸波材料的介電常數(shù)虛部與吸波性能又獲得了進一步提高，其平均微波吸收值達到了-47.42 dB，吸收峰位向低頻方向移動，吸收峰值為-57.43 dB。Ba2.7La0.3Co2Fe24O41/還原氧化石墨烯二元復合材料具有密度低、熱穩(wěn)定性好、吸波性能優(yōu)異的特點，在此基礎上，再復合具有電導率高、密度低、易加工復合的新型吸波材料導電聚合物聚苯胺，使得吸波復合材料的吸波性能得到進一步提升，這為未來新型吸波復合材料的制備提供了參考依據(jù)。

趙成云[29]首先采用水熱法制備了六邊形鍶鐵氧體納米片，然后采用改進Hummers法制備了氧化石墨烯，再將兩種材料混合在一起采用超聲攪拌法制備出還原石墨烯/鍶鐵氧體納米復合材料。磁性材料與還原石墨烯復合后，由于石墨烯本身固有的介電性，材料整體的復介電常數(shù)與介電損耗角正切值均有明顯的提高;又因為還原石墨烯比表面積較大并且表面帶有大量的懸掛鍵和缺陷，增強了復合材料的界面極化和偶極子極化能力。通過實驗測試分析，當復合材料的匹配厚度為2.2 mm時，在16.24 GHz處復合材料的最小反射損耗達到了-49.94 dB。與單一鍶鐵氧體相比，還原石墨烯/鍶鐵氧體納米復合材料的微波吸收性能表現(xiàn)非常優(yōu)異。

LI Jinshuh等[30]采用改進Hummers法合成了氧化石墨烯，然后用其合成了鐵鈷合金/石墨烯片復合材料，再將復合材料與碳化硅和天然橡膠混合，制備了微波吸收材料。結(jié)果表明，在碳化硅/天然橡膠樣品中加入鐵鈷合金/石墨烯片（AGS）復合材料可顯著降低反射損耗值，并且隨著添加顆粒濃度的增加，吸收峰向低頻移動。添加鐵鈷合金/石墨烯片復合材料的最佳質(zhì)量分數(shù)為3%。AGS-450-3%樣品（在碳化硅/天然橡膠樣品中加入在450 ℃的溫度下合成的質(zhì)量分數(shù)為3%的鐵鈷合金/石墨烯片）在7.8 GHz處存在最低反射損耗值為-20.67 dB。此研究探究了鐵鈷合金和石墨烯片復合后制備的吸波材料的作用機理與微波吸收特性，開發(fā)出了一種吸波性能優(yōu)良的復合材料，同時也使得鐵鈷合金和碳材料復合制備吸波材料的研究內(nèi)容更加全面。

SUN Jie等[31]采用兩步法制備了銅鈷鎳鐵氧體/氧化石墨烯/聚苯胺三元復合材料。以制備的三元復合材料為吸波劑，水性聚氨酯為基體，在棉織物上包覆，制備了一種柔性吸波材料。測試結(jié)果表明：與聚苯胺和氧化石墨烯相比，銅鈷鎳鐵氧體/氧化石墨烯/聚苯胺三元復合材料的微波吸收能力顯著提高，在10.8 GHz處可達到-33 dB。當涂層劑含量為40%、涂層織物厚度為2.0 mm時，在300 kHz～3.0 GHz頻率內(nèi)反射損耗可達-47 dB。同時，力學性能優(yōu)于未涂層棉織物。通過這項研究可以發(fā)現(xiàn)，磁損耗鐵氧體、介電損耗石墨烯和聚苯胺的組合不僅可以綜合三種材料的優(yōu)點，同時還具有協(xié)同作用，可進一步調(diào)整電磁參數(shù)，從而制備出一種密度較低、吸收頻帶較寬、吸波性能較好的復合材料。

3.2 制備不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的磁性吸波復合材料

通過將吸波復合材料制備成不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)，增大了吸波材料的比表面積，使得電磁波可在吸波材料中多次反射，增強了吸波材料對電磁波的衰減和吸收。其中，將吸波復合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)設計為核殼結(jié)構(gòu)。第一，殼部分材料與核部分材料之間的界面引起了大量的界面極化;第二，引入材料可以調(diào)節(jié)磁性材料的復介電常數(shù)，改善材料的阻抗匹配，提高其微波吸收性能;第三，相對于實心吸波復合材料而言，核殼結(jié)構(gòu)的吸波材料對于射入其中的電磁波的衰減面積更大，使得電磁波多次反射，增強吸波材料對電磁波的吸收與衰減。所以，綜合考慮復合材料阻抗匹配性能的改善、多界面極化及對電磁波衰減強度的增強等原因，核殼結(jié)構(gòu)的磁性吸波復合材料具有優(yōu)異的微波吸收性能。

GAO Meimei等[32]采用溶劑熱反應和冷淬火相結(jié)合的方法制備了類莢狀的3D Ni0.33Co0.67Fe2O4@RGO復合材料。由于RGO在液氮中的收縮，將直徑為100～150 nm的Ni0.33Co0.67Fe2O4微球包裹在RGO片中，所以包裹了鐵氧體微球的RGO片形成了類莢狀的三維網(wǎng)絡形態(tài)。由測試結(jié)果可得：制備的復合材料的最小反射損耗達到-47.5 dB，有效吸收帶寬（RL<-10 dB）為5.02 GHz。復合材料的吸波性能比純Ni0.33Co0.67Fe2O4微球和冷淬純RGO與鐵氧體微球機械共混形成的Ni0.33Co0.67Fe2O4-RGO混合物好得多。

NI Xiang等[33]在長鏈離子液體[C18MIM][Br]存在下，采用溶劑熱法成功合成了中空鐵酸鈷微球。直徑為100～200 nm 且殼厚度約為10～50 nm的均勻鐵酸鈷空心球由5～10 nm的納米顆粒組裝，具有立方尖晶石結(jié)構(gòu)。對于厚度為5.5 mm的中空鐵酸鈷微球，在16.98 GHz處得到-15.23 dB的最小反射損耗，并且有效吸收頻帶為15.28～18 GHz。這項研究采用的鐵氧體微球制備方法較簡便，并且由此方法制備的空心鐵酸鈷微球比實心微球具有更好的微波吸收性能。

尚濤[34]采用水熱法，并以制備的介孔SiO2 SBA-15為模板合成了具有尖晶石結(jié)構(gòu)的有序介孔鐵酸鈷（O-CFO）納米顆粒。通過測試發(fā)現(xiàn)：O-CFO具有105.3 m2/g的比表面積。當厚度為3.0 mm時，樣品的反射損耗在頻率為13.4 GHz處存在最小值為-27.36 dB。該研究將鐵氧體制備成介孔結(jié)構(gòu)，可以改善傳統(tǒng)鐵氧體存在的密度大、吸波頻帶窄、吸波性能低等缺點，從而有效提升鐵氧體材料的微波吸收性能。

CHEN Wei等[35]采用表面活性劑輔助水熱法制備了直徑為3～4 μm的均勻海膽狀鍶鐵氧體。在厚度為3 mm時，海膽狀鍶鐵氧體在15.1 GHz處的最小反射損耗為-22.8 dB，有效吸收頻率為12.4～18.0 GHz。此項研究開發(fā)出了一種新型的具有均勻海膽狀結(jié)構(gòu)的鍶鐵氧體，并且實驗結(jié)果表明新型海膽狀鍶鐵氧體的微波吸收性能明顯優(yōu)于鍶鐵氧體顆粒。

FU Min等[36]采用氣相擴散沉積和退火工藝制備了蓬蓬花狀鎳鐵氧體（PF-NiFe2O4），研究了所得多功能PF-NiFe2O4的微波吸收性能。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PF-NiFe2O4的最小反射損耗為-18.3 dB，而大塊NiFe2O4的最小反射損耗為-9.2 dB。此項研究采用一種新的合成方法制備出了具有獨特花狀結(jié)構(gòu)的多功能鎳鐵氧體，并且經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的鎳鐵氧體具有優(yōu)良的吸波性能，同時其電容性能也得到了進一步提升。

WANG Mengqi等[37]采用水熱法制備了一種新型的BaFe12O19@MoS2核殼復合材料。通過改變硫脲的加入量，可以很好地調(diào)節(jié)BaFe12O19@MoS2復合材料的介電損耗。特別地，當硫脲添加量為28 mmol時BaFe12O19@MoS2的最小反射損耗（RLmax）為-61.0 dB，厚度為1.7 mm時復合材料的有效吸收帶寬（RL<-10 dB的反射損耗）為4.4 GHz。結(jié)果表明，BaFe12O19@MoS2核殼復合材料具有成本低、合成容易、微波吸收能力強等特點。因此，所制備的BaFe12O19@MoS2核殼結(jié)構(gòu)復合材料有望成為高效吸波材料的候選材料。

CHEN Qiuli等[38]采用化學共沉淀法成功地合成了具有良好微波吸收特性的新型核殼結(jié)構(gòu)羰基鐵粉/SiO2/Mn0.6Zn0.4Fe2O4鐵氧體復合材料，系統(tǒng)研究了該復合材料的微觀結(jié)構(gòu)、形貌及微波吸收性能。結(jié)果表明，SiO2和Mn0.6Zn0.4Fe2O4的涂層均勻、細小，制備的羰基鐵粉/SiO2/Mn0.6Zn0.4Fe2O4鐵氧體復合材料在高頻下表現(xiàn)出比羰基鐵粉、羰基鐵粉/SiO2和羰基鐵粉/Mn0.6Zn0.4Fe2O4鐵氧體更好的介電損耗和頻率特性。厚度為2 mm的羰基鐵粉/SiO2/Mn0.6Zn0.4Fe2O4鐵氧體在1157 GHz處的最佳反射損耗值可達-44.24 dB，有效吸收頻帶（RL<-10 dB）為9.04～16.16 GHz。

3.3 表面包覆法制備磁性吸波復合材料

通過在磁性吸波材料表面涂覆一層包覆層，包覆層材料可優(yōu)化磁性吸波材料的電磁參數(shù)，改善阻抗匹配特性，從而提高磁性吸波材料的微波吸收性能。但是這種方法仍受磁性材料粒徑的限制，對于較大粒徑的磁性材料，包覆后吸波性能反而會下降。

韓錚等[39]采用溶膠-凝膠法在羰基鐵粉表面成功涂覆了一層TiO2薄膜（羰基鐵粉粒徑分別為1 μm和6 μm），研究發(fā)現(xiàn)，對于粒徑為1 μm的羰基鐵粉，TiO2包覆層能有效地提高其復磁導率和復介電常數(shù)，從而改善其微波吸收性能。根據(jù)分析，TiO2包覆層之所以可以增強粒徑為1 μm的羰基鐵粉的微波吸收性能，是因為TiO2包覆層可以有效地防止顆粒之間形成渦流。對于粒徑為6 μm的羰基鐵粉，在涂覆TiO2包覆層之后，最低反射損耗值由原來的-32 dB（4.4 GHz）變?yōu)?27 dB（5.8 GHz），包覆后吸收峰移向高頻。總體來看，包覆后材料的吸波性能要低于未包覆的原始粉末。對于粒徑為1 μm 的羰基鐵粉來說，包覆0.5%的TiO2后其最低反射損耗值由原來的-20 dB（5.9 GHz）變?yōu)?25 dB（4.5 GHz），吸收峰移向低頻，并且隨著包覆量的增加，有效吸收帶寬也明顯變寬。該研究結(jié)果表明，TiO2包覆層可有效提升小粒徑羰基鐵粉的吸波性能。

劉曉彤等[40]通過正硅酸乙酯（TEOS）水解制備了SiO2包覆的羰基鐵復合材料，研究包覆時間對于復合材料的電磁性質(zhì)及微波吸收性能的影響。測試結(jié)果表明：SiO2包覆層的厚度約為40～60 nm，并且隨著包覆時間的延長，包覆層的厚度逐漸增大并致密;經(jīng)模擬，包覆后同等厚度的樣品對電磁波的吸收峰移向高頻，有效吸收頻帶寬度明顯增加;包覆了2 h的樣品，其反射損耗最小為-45.18 dB。此項研究使用正硅酸乙酯對球形的羰基鐵進行包覆，在質(zhì)輕、厚度薄的基礎上進一步優(yōu)化了材料的吸波性能。

3.4 其他金屬部分取代鐵氧體金屬陽離子

對于鐵氧體而言，其對電磁波的吸收與衰減取決于其復介電常數(shù)與磁導率，而介電常數(shù)與磁導率又與鐵氧體的組成有關[5]。通過用其他金屬部分取代鐵氧體的金屬陽離子，可以提高材料的介電損耗能力與磁導率，從而改善材料的損耗機制，提升復合材料的吸波能力。

程艷奎等[41]先是用金屬離子Mn2+、Ni2+、Ti4+、Co2+部分取代鋇鐵氧體中的Fe3+離子，然后將采用溶膠凝膠法制備的BaMn0.1Ni0.1Co0.8TiFe10O19鐵氧體粉末與石蠟混合制備了不同金屬離子摻雜的M型鋇鐵氧體復合材料，之后對復合材料的微波吸收性能進行了測試。結(jié)果表明，當復合材料厚度為2 mm時，反射損耗值小于-15 dB的吸收帶寬可達7.2 GHz，在9.7 GHz處反射損耗值最小為-45 dB。以上結(jié)果表明，研究制備的不同金屬離子摻雜的M型鋇鐵氧體具有良好的微波吸收性能，在高頻領域具有很廣闊的應用前景。

QIAN Kun等[42]采用溶膠-凝膠法制備了不同釹含量的納米Ni-Zn鐵氧體（Ni0.5Zn0.5NdxFe2-xO4），并對樣品表面官能團的存在、晶體結(jié)構(gòu)和形貌進行了測試。結(jié)果表明，制備的樣品在低釹含量條件下由尖晶石相組成，與純鎳鋅鐵氧體相似。當Nd3+含量超過一定限度（x>0.04）時，鐵氧體中出現(xiàn)氧化銣（Nd2O3）相。當x<0.04時，摻雜Nd3+提高尖晶石鐵氧體的介電損耗能力是影響樣品微波吸收能力的主要因素。在這種情況下，第二相Nd2O3幾乎不出現(xiàn)，因此Nd3+的加入對磁損耗能力的削弱作用不明顯。當x=0.04、厚度為8.5 mm時，材料的最佳吸收峰在4.4 GHz處達到-20.8 dB，有效吸收帶寬（RL<-10 dB）為3.2 GHz。相反，當x>0.04時，磁損耗能力迅速下降（如Ms從82.47 emu/g下降到59.77 emu/g）。同時，介電損耗增加緩慢，微波吸收能力下降。該研究結(jié)果表明，調(diào)整Nd的含量對提高材料的介電性能和微波吸收性能，特別是低頻性能具有重要意義。

CHO Hanshin等[43]采用1 250 ℃煅燒法制備了BaCo2-xMexFe16O27（Me=Zn、Ni）粉體，其中取代率x在0.0～1.5。利用煅燒后的粉體，以硅橡膠為基材制備了復合材料試樣。振動樣品磁強計測量結(jié)果表明，Zn取代的Co2W六鐵氧體復合樣品具有較高的飽和磁化強度和較低的矯頑力。Me=Zn、x=1.0、厚度為4 mm時，試樣在5.8 GHz處的反射損耗為-35 dB。該研究結(jié)果表明，用Zn取代的樣品在C波段具有優(yōu)異的微波吸收性能，開發(fā)出來的復合材料可用作在無人機和無線局域網(wǎng)（5.8 GHz）的工作頻率下的吸波材料。

4 結(jié) 語

通過總結(jié)國內(nèi)外研究人員改善磁性材料吸波性能的研究方法，發(fā)現(xiàn)這些方法雖然在一定程度上提升了磁性材料的微波吸收性能，但改性制備的吸波復合材料仍存在吸收頻帶窄、吸波性能較低及制備工藝復雜等問題。為了實現(xiàn)理想吸波材料“薄、輕、寬、強”的目標，今后的研究可以朝著以下幾個方向發(fā)展：

1）研發(fā)復合材料，特別是將磁性吸波材料與介電損耗型的吸波材料復合，調(diào)節(jié)復合材料阻抗匹配，優(yōu)化復合材料的吸波性能。其中，石墨烯作為一種密度低、比表面積大、電導率和熱穩(wěn)定性較高的介電損耗型吸波材料，與磁性吸波材料復合后，一方面可以實現(xiàn)復合材料阻抗匹配，另一方面質(zhì)輕的石墨烯的加入也可以降低復合材料的重量，從而實現(xiàn)“輕”的發(fā)展目標。

2）改造磁性吸波材料及其復合材料的形貌結(jié)構(gòu)（核殼、多層夾心、蜂窩等），增大材料對電磁波的衰減面積及材料自身的界面極化作用，拓寬吸波頻帶，在追求材料高性能、寬頻帶的前提下，盡可能降低材料的厚度及密度。

3）致力于新型磁性吸波材料的研發(fā)，探究其吸波作用機制，并且積極順應國家綠色協(xié)調(diào)的發(fā)展理念，為未來磁性吸波材料的研究與發(fā)展指明方向。

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