稀土元素掺杂钡铁氧体的性能研究进展

付 娇，张洪悦，刘阳洋，何 珊

（沈阳师范大学 沈师化学化工学院，辽宁沈阳 110000）

稀土元素掺杂钡铁氧体的性能研究进展

付 娇，张洪悦，刘阳洋，何 珊

（沈阳师范大学 沈师化学化工学院，辽宁沈阳 110000）

M型六角晶系钡铁氧体以其优良的磁性能和吸波性能广泛应用于微波吸收方面以及军事民用等领域。除此之外，钡铁氧体还具有矫顽力大、共磁频率高、热稳定性好、生产成本低等优点，在功能上，为吸波材料和永磁材料开拓了新的领域。而在实际生产过程中，钡铁氧体的各项性能仍有不足，如今，离子掺杂钡铁氧体的研究已成热点。主要介绍稀土元素掺杂钡铁氧体的性能及研究进展。

钡铁氧体；稀土元素掺杂；磁性能；吸波性能

早在1957年菲利浦公司实验室就提出了钡铁氧体的化学式BaFe12O19，这一提出引发了众多人热切的关注尤其是钡铁氧体的研究人员。几年之后，M型钡铁氧体的高矫顽力、较强的磁晶各向异性、稳定的化学性质以及低成本等优点不断的被人们发现，逐渐研究证明钡铁氧体可以在永磁、磁记录以及吸波等领域被广泛利用。因此，在随后的几十年里，M型钡铁氧体作为永磁铁氧体材料的代表被深入研究与利用，20世纪70年代末期垂直磁记录的出现使M型钡铁氧体材料成为研究的重点，它在录像、录音方面发挥了巨大的作用，使电子记录技术很快得到了推广和应用。在微波吸收领域也做了杰出的贡献，如今，电子设备在我们生活中必不可少，人体被电磁波辐射的频率也就大大增加，而钡铁氧体就有着能吸收电磁波的功能，正因如此，人们还研制出了孕妇服。钡铁氧体渗入人们生活的同时也改变了人们的生活。

1 性能研究进展

1.1 掺杂钡铁氧体的磁性能

永磁材料是一种古老又用途广泛的功能材料，早在战国时期，人们便用天然磁铁雕琢了司南，现如今，永磁材料又被运用到军事民用等各种领域。在众多铁氧体中的钡铁氧体，是以氧化铁为主要成分的复合氧化物，这种材料在没被放置在磁场中之前，不显示磁性，一旦周围存在磁场，钡铁氧体就会被磁化，产生很强的磁性，移去外磁场后，磁性仍然存在，故称永久磁体。

稀土原子有更多的未成对自旋电子，这些电子在自旋状态和处于轨道运动状态时都会产生磁矩，所有的磁矩加起来使这些原子磁铁在晶体中还可以构成无数个小区域，在外加磁场作用下，在这些小区域内原子按磁矩方向排列起来，形成磁畴[1]。这便大大加强了稀土掺杂钡铁氧体材料的磁性。孟献丰等[2]制备了不同量的稀土元素钐掺杂的钡铁氧体，并比较了它们的磁性能，掺杂的钐在一定范围内时，磁性能会随着掺杂钐的量增加发生先减小后增大的变化。Kakizakia等[3]运用射频溅射法制备了La0.5Ba0.5Co0.5Fe11.5O19薄膜，在不同的温度下，通过比较掺杂前后的样品发现，进行掺杂镧和钴后的钡铁氧体薄膜具有更好的磁各向异性。李颉[4]对M型钡铁氧体的磁导率随着Co-Ti掺杂量变化的研究发现，掺杂量x小于0.5时，磁导率增加缓慢，大于0.5时，磁导率迅速增加，到1.2左右有最大值，x大于1.2之后磁导率又逐渐下降。

1.2 掺杂钡铁氧体的吸波性能

随着科学技术的不断发展，越来越多的电子设备涌入到人们的生活中，人们在享受便利的同时也承受着一些不利的因素的影响，比如人们广泛关注的电磁波污染问题。电磁辐射不仅会对电子设备起到互相干扰的影响，过量的电磁波辐射人体，会对心脑血管、神经等系统和组织的结构和功能带来极大的影响和伤害。电磁场以电磁波的形式传递能量，只有使用电磁波吸收材料，使电磁波能转化为热能或其他形式的能，才能有效清除电磁污染。吸波材料指能吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料[5]。铁氧体是发现最早应用最广的吸波材料。其中片状的钡铁氧体不仅价格低廉而且吸波性能优良。稀土元素具有丰富的层电子，其化合物本身就是具有性能优良吸波材料，正因如此，制备的钡铁氧体若有稀土元素的掺入，必然会对钡铁氧体的整个体系吸波性能的改善起着较大的作用。刘延伸[6]对没有任何掺杂的M型钡铁氧体进行制备和研究，发现M 型铁氧体有3个吸收峰，依次为 5.4GHz，8.9GHz，15.5GHz；峰强度为-5dB，-8dB，-12dB。小于-5dB的吸收带宽为2.6GHz，小于-10dB 吸收带宽为 0.6GHz。在X波的反射率仅为-8dB。与经验对比，未掺杂的M 型铁氧体的吸波性能较差。谭宏斌等[7]用柠檬酸溶胶凝胶法制备了 Cu、Zr 共掺钡铁氧体前驱体[BaFe11.2（Cu0.5Zr0.5）0.8O19]。研究发现随着 Cu、Zr掺量的增加，铁氧体的吸波性能提高，当 Cu、Zr掺入量为 0.8 时，铁氧体的吸波性能最好。孙宏利[8]研究并比较了掺杂La的钡铁氧体和未掺杂的钡铁氧体的吸波系数与频率之间的关系，得出在15GB左右掺杂La的钡铁氧体吸波系数明显大于未掺杂。

2 结论与展望

如今，国内外对钡铁氧体的研究日益进步。今后，钡铁氧体作为磁性材料和吸波材料将更大程度的为人们所用，而掺杂稀土元素的钡铁氧体有着更加优良的性能，未来钡铁氧体的研究可以着重不同稀土元素的掺杂和制作方法等方面的完善，实现钡铁氧体材料高性能化。

[1] 朱文祥.漫话国宝——稀土元素[M].广西∶广西教育出版社，1999∶89-90.

[2] 孟献丰，郭立举，沈湘黔.Sm3+含量对BaSmxFe12-xO19（x≤0.4）铁氧体纳米纤维结构和磁性能的影响[D].镇江∶江苏大学材料科学与工程学院，2012∶267.

[3] Kakizakia K，Taguchib H，Hiratsuka N.Magnetic properties of La-Co substituted bariumferrite thin filmswith largemagnetic anisotropy[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2004，272-276（3）∶2241-2243.

[4] 李颉.M型钡铁氧体离子掺杂及低温烧结研究[D].成都∶电子科技大学，2015.

[5] 张伟.纳米复合铁氧体微波吸收剂的制备与研究[D].内蒙古∶内蒙古大学，2004.

[6] 刘延伸.稀土掺杂钛酸钡和铁氧体纳米材料的制备及吸波性能研究[D].哈尔滨∶哈尔滨工业大学，2008.

[7] 谭宏斌，聂翔，马小玲.多元掺杂对钡铁氧体吸波性能的影响[J].宇航材料工艺，2010（4）∶41-43.

[8] 孙宏利.改性纳米BaFe12O19的制备与吸波性能初探[D].哈尔滨∶哈尔滨工业大学，2016.

Research Progress of Rare Earth Element Doping Barium Ferrite

Fu Jiao，Zhang Hong-yue，Liu Yang-yang，He Shan

M-type hexagonal barium ferrite is widely used in microwave absorption and military and civilian fields with its excellent magnetic properties and absorbing properties.In addition，barium ferrite also has the advantages of high coercivity，high magnetic frequency，good thermal stability and low production cost.In function，it has opened up new fields for absorbing materials and permanent magnet materials.In the actual production process，barium ferrite performance is still insufficient，and now，ion-doped barium ferrite research has become a hot spot.The performance and research progress of rare earth doped barium ferrite were introduced.

barium ferrite； rare earth element doping； magnetic property； absorbing property

TM277

B

1003-6490（2017）02-0104-02

2017-02-06

付娇（1996—），女，辽宁沈阳人，本科在读，主要研究方向为化学。