BiFeO3/CoFe2O4复合体系的微波性能研究

2020-04-23韩建华李艳丽

中国金属通报 2020年1期

韩建华，廖曦，李艳丽

（湖南体育职业学院省体校，湖南长沙，410000）

多铁性材料 BiFeO3因其同时具有铁电性，铁磁性，铁弹性而成为研究热点。铁电铁磁共存及协同损耗效应是强吸收，宽频带微波吸收材料的基础，近年来一些工作者通过在A位或B位掺入稀土元素来提高 BiFeO3的微波吸收性能。本文采用物理共混法将BiFeO3与铁氧体制成复合材料，探讨不同的质量比对微波电磁参数，微波吸收性能的影响。

1 样品的制备

用溶胶凝胶法分别制备 CoFe2O4铁氧体和 BiFeO3粉晶样品，分别称取不同质量比的BiFeO3和 CoFe2O4纳米粉体，在玛瑙研钵中仔细研磨约0.5h，得到不同质量比的纳米复合粉体，然后压制成测试试样。表1为BiFeO3/CoFe2O4几种样品的复合质量比。

表1 BiFeO3粉末与CoFe2O4粉末的质量配比

2 BiFeO3/CoFe2O4复合体系的XRD分析

图1 BiFeO3/CoFe2O（W1、W2、W3、W4）复合材料的 XRD 图谱 4

从图中可以看到BiFeO3和CoFe2O4的是以复合相的形态出现，材料中无其它杂相。在x=0时，试样为纯BiFeO3，其结构为明显的钙钛矿结构。其余样品衍射峰是BiFeO3和CoFe2O4的组合。

3 BiFeO3/CoFe2O4复合材料的微波吸收性能

3.1 复合组分对材料吸波性能的影响

图2为厚度为2.8mm 时，BiFeO3/CoFe2O4样品的R-f关系图，从图中可以看出对单一组分的样品 BiFeO3（复合前）其吸波3性能很弱。对复合组分的样品其吸收峰值明显提高，有效吸收频带变宽。具体结果如下对W1即BiFeO3，吸收率较小；当BiFeO3含量 75% 时，13.2GHz 位置处吸收峰值为12.31dB，10dB频宽为1.2GHz ；当 BiFeO3含量 55% 时，10.6GHz 位置处吸收峰值为17.1dB，10dB 有效吸收频宽为 3.9GHz；当 BiFeO3含量25%时，9.04GHz位置处吸收峰值为 22.23dB，10dB 有效吸收频宽为4.3GHz；当BiFeO3含量 0% 时即纯 CoFe2O4，6.5GHz 位置处吸收峰值为 13.2，10dB 有效吸收频宽为1.5GHz。可见，当CoFe2O4组分含量分别为 45% 和 75% 时，复合材料的吸波性能最佳，其微波吸收性能无论是吸收带宽还是吸收强度都明显优于单一组分的样品，且随着 CoFe2O4含量的增加吸收峰位置逐渐向低频方向移动。

图2 BiFeO3/CoFe2O4样品的 R-f关系图

3.2 BiFeO3/CoFe2O4微波电磁损耗机理

图 3 为复合材料W4的损耗角正切随频率的变化关系图，图中介电损耗角正切tanδe随频率先增加后减小，在8.6GHz附近出现峰值。磁损耗角正切tanδm在小于7GHz频段内随频率缓慢变化，然后急剧上升达到极大值，此峰值与图2中的吸收峰值相对应。

图3 W4样品的损耗角正切与频率的关系

由此可得，此复合材料既具有电损耗又具有磁损耗，因此复合材料的微波吸收是两种损耗共同作用的结果。其电损耗主要来源于 BiFeO3的铁电极化引起的损耗，包括驰豫损耗和共振损耗及一定的电导率导致漏电损耗。其磁损耗主要来源于 CoFe2O4的铁磁磁化驰豫、畴壁位移共振、自然共振引起的损耗。此外，复合材料存在磁电耦合效应，此效应有利于微波吸收。