磁损耗型吸波材料的发展现状

王彩霞 刘元军

摘要： 基于单一磁损耗型吸波材料存在密度大、吸收频带窄、阻抗匹配差等问题，文章介绍了磁性材料吸波机理及分类情况，简述了近年来磁性材料的国内外研究进展，并对其复合材料的制备方法进行归纳。通过将磁性材料与介电型吸波材料复合、调控磁性吸波复合材料结构、在磁性吸波材料表面涂覆包覆层、以其他金属部分取代铁氧体金属离子等方法，均能有效地提高复合材料吸波性能。但采用这些方法的制备工艺较为复杂，制备出的吸波材料仍存在吸收频带窄、吸收性能低等不足。针对现有问题，文章最后展望了磁性吸波材料未来的发展方向。

关键词： 磁性材料;吸波剂;复合材料;电磁辐射;研究进展

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

隨着中国科技水平与人民生活水平的不断提高，各种各样的电子设备逐渐走进人们的生活与工作环境当中，这些电子设备的使用为人们的生活与工作带来了极大的便利，但也引发了许多问题。其中一个引人关注的问题就是产生了大量危害人体健康、干扰电子设备正常运行的电磁辐射[1]，电磁辐射污染问题成为了继大气污染、水污染及噪声污染之后的第四大污染[2]。为了解决由电磁辐射造成的危害[3]，国内外研究人员围绕磁损耗型吸波材料做了大量研究，但目前已制取的磁性吸波复合材料还未完全实现厚度薄、质量轻、吸收频带宽及吸波性能强[4]的目标。

磁损耗型吸波材料吸波机制主要为磁损耗，为了改善磁损耗型吸波材料吸波机制单一的不足，减少电磁波的辐射和干扰，国内外研究人员采取了合理地组装介电材料和磁性材料、改变磁性材料的形貌、涂覆包覆层及金属离子取代等措施，但是制取的吸波材料仍未完全实现“薄、轻、宽、强”的目标，故之后的研究还应朝着这个目标方向发展，不断开发新型的性能优异的吸波材料。

1 磁损耗型材料吸波机理

吸波材料吸波机理如图1所示[5]。当电磁波入射到吸波涂层上时，一部分会在材料表面发生反射，另一部分会进入涂层内部被涂层材料吸收或衰减。

磁损耗型吸波材料主要是通过磁滞损耗、铁磁共振和涡流损耗等大量吸收电磁波的能量，并将其转化为热能来达到吸波目的。

通常使用失量网络分析仪来测定吸波材料的吸波性能。根据传输线理论，用反射损耗（也叫做反射率）来表征吸波材料的吸波性能，其计算公式[6]如下：

2 磁损耗型吸波材料分类及研究进展

磁损耗型吸波材料主要分为两种，分别是铁氧体与金属磁性微粉。

2.1 铁氧体

铁氧体是一类由铁及其他一种或多种金属元素组合在一起具有铁磁性的金属氧化物[7]。铁氧体的晶体结构主要分三种，分别是尖晶石型、石榴石型及磁铅石型，其中作为吸波材料应用最多的是尖晶石型与磁铅石型[8]。

2.1.1 尖晶石型铁氧体

铁氧体的种类多种多样，其中被发现最早、种类最丰富并且应用范围最广的就是尖晶石型铁氧体。尖晶石型铁氧体也由于具有良好的电学、光学性质被广泛地应用到电磁防护领域当中[9]。尖晶石型铁氧体的化学式可以概括成MeFe2O4，其中Me指的是二价的金属阳离子，比如Mg2+、Cu2+、Ni2+等;化学式中的铁离子为三价铁，也可以被其他的三价金属阳离子取代，比如La3+、Al3+、Y3+等。通过改变铁氧体的组成结构可以改善其电磁性能，从而制备出吸波性能更佳的尖晶石型铁氧体吸波材料[10]。

韩宁[11]通过化学氧化原位聚合法成功制备了聚苯胺/铁酸钴/聚偏二氟乙烯三元复合材料。对三元复合材料的电磁性能的测试结果表明：在匹配厚度为4 mm时，复合材料在76 GHz处存在着最大吸收，对应的反射损耗值为-57.7 dB，有效吸收频带（反射损耗值小于-10 dB）宽度为3.4 GHz。聚偏二氟乙烯的引入，增大了界面效应，从而更利于电磁波的吸收，因此复合材料具有优异的吸波性能。

SUN Chang等[12]采用溶胶-凝胶法成功制备了一种LiFeO2/ZnFe2O4铁氧体复合材料，发现所制备的复合材料在17.7 GHz处具有最小反射损耗值为-10.4 dB，匹配厚度为16.7 mm。此外，所制备的复合材料的电磁特性表明，与其他地方报道的ZnFe2O4单组分反射曲线相比，该复合材料的反射曲线在2～18 GHz内呈现出几个强吸收峰。

LEI Yiming[13]开发了一种氧化石墨烯/共掺杂的锌镍铁氧体/聚苯胺三元复合材料，表现出优异的微波吸收性能。测试结果表明，通过原位聚合法制备的三元复合材料微波吸收能力的提高与复合材料的均匀夹层结构和阻抗相容性有关。该研究制取的厚度薄、吸收带宽的三元复合材料，成为微波吸收应用领域中一种潜在候选材料。

QIAO Yue等[14]通过简单的原位聚合，制备了一种具有良好吸波性能的锌铁氧体/聚苯胺/氧化石墨烯三元复合材料。该复合材料的介电损耗主要由德拜偶极弛豫控制，在吸收厚度为3.29 mm时，该复合材料在9.5 GHz处的最大反射损耗为-58.0 dB，有效吸收带宽为3.91 GHz。

DONG Shenhui等[15]采用改进的水热法成功地合成了超薄M型锶铁氧体纳米片，并对其微波吸收性能进行了研究。研究发现，温度和二甘醇对M型锶铁氧体纳米片的超薄结构和良好的分散性有影响，厚度为3.5 mm时复合吸波材料的最小反射损耗值（RL）为-28.6 dB，在高频区的有效吸收带宽为0.92 GHz。M型锶铁氧体纳米片具有较强的磁晶各向异性和较大的矫顽力，故具有优异的微波吸收性能。

2.1.2 磁铅石型铁氧体

磁铅石型铁氧体属于六角晶系，其结构式可表示为MB12O19、MOB2O3等，其中M表示二价金属阳离子，如Sr2+、Ba2+、Pb2+等。B表示三价金属阳离子，常見的有Al3+、Ga3+、Cr3+、Fe3+等。常见的磁铅石型铁氧体为M型铁氧体，包括钡铁氧体、锶铁氧体与铅铁氧体等[16]。

MENG Xianfeng等[17]采用共沉淀法、原位聚合法制备了Ni0.5Zn0.5Fe2O4/钡铁氧体@聚苯胺复合材料。结果表明，聚苯胺涂层、交换耦合行为和阻抗匹配特性对复合材料的微波吸收性能有重要影响。厚度为3.5 mm时复合吸收材料的反射损耗达到最小值为-25.6 dB，在7.12～14.36 GHz频率内复合材料的有效吸收带宽为7.24 GHz。由表征结果可得，Ni0.5Zn0.5Fe2O4/钡铁氧体@聚苯胺复合材料具有良好的吸波性能，在电磁防护领域中具有潜在的应用前景。

HAN Qiuxia等[18]采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧技术，在1 000 ℃下制备了Ni0.5Zn0.5Fe2O4/M型锶铁氧体复合材料。结果表明，复合材料的磁性能和微波吸收性能与Ni0.5Zn0.5Fe2O4和M型锶铁氧体相的质量比及样品的厚度密切相关。质量比为1︰3的样品，磁共振值为30.5 emu/g，Hc值为3 300 Oe，表现出优越的磁性。同时，当样品厚度为4 mm时，在6.2 GHz处得到最小反射损耗值为-47.0 dB，带宽（RL<-10 dB）达到6.4 GHz（2.9～9.3 GHz）。

2.2 金属磁性微粉

金属磁性微粉吸波材料主要通过涡流损耗、共振吸收和弛豫损耗吸收损耗电磁波，具有高磁导率和良好的温度稳定性[19]。金属磁性微粉吸波材料主要分为两种：第一种是羰基金属微粉吸波材料，第二种是通过蒸发或还原有机醇盐得到的磁性金属微粉吸波材料[20]。常见的羰基金属微粉有羰基铁、羰基钴、羰基镍等，粒径通常为微米级。目前常用的磁性金属微粉包括钴粉、镍粉、钴镍合金、铁镍合金等。

由于金属磁性微粉吸波材料存在介电常数较大、密度较大、低频段吸收性能较差等不足，因此国内外研究人员从改善形态结构、优化制备工艺及匹配电磁参数等角度入手研究，制备具有良好吸波性能的磁性金属微粉吸波材料。

DUAN Wenju等[21]通过在羰基铁表面沉积磷酸铝层，成功制备了一系列羰基铁/磷酸铝复合材料。一方面磷酸铝层的存在可以显著提高羰基铁的抗氧化能力。另一方面磷酸铝层对羰基铁/磷酸铝复合材料的电磁参数产生了负面影响，导致复合材料的介电常数和复磁导率会随其含量变化。优化磷酸铝层后，羰基铁/磷酸铝复合材料介电损耗和磁损耗的兼容性及良好的阻抗匹配使得复合材料的微波吸收性能大大提高。当复合材料厚度为1.0～5.0 mm时，其中最大反射损耗可达-39.9 dB，有效吸收带宽为2.4～18.0 GHz。

罗平等[22]使用无水乙醇作为过程控制剂，采用高能球磨法将球形羰基铁粉制备成片状羰基铁粉，然后制备了不同膜厚的片状羰基铁粉/聚氨酯吸波涂层复合材料，探讨了匹配比例对复合材料微波吸收性能的影响，研究结果表明，体积分数为15%的片状羰基铁粉/聚氨酯（第一层厚度为1.5 mm）+体积分数为40%的片状羰基铁粉/聚氨酯（第二层厚度为0.7 mm）的体系，在2.0～18.0 GHz频率内的最小反射损耗达到了-16 dB，反射损耗小于-10 dB的有效吸收频带带宽为12.3 GHz。

CHEN Chihchia等[23]以球形羰基铁粉为原料，采用高能球磨法制备了片状羰基铁粉与还原氧化石墨烯/片状羰基铁粉复合粒子。之后采用透射/反射法测量了三种含50%（质量分数）球形羰基铁粉、片状羰基铁粉和还原氧化石墨烯/片状羰基铁粉粒子的还原氧化石墨烯/片状羰基铁粉/环氧树脂复合材料的电磁性能。结果表明，球磨处理后，复合材料的介电常数和磁导率均增大。与片状羰基铁粉/环氧树脂复合材料相比，还原氧化石墨烯/片状羰基铁粉/环氧树脂吸波复合材料具有较高的介电损耗和较低的反射损耗。对于厚度相同的吸波材料，随着目标频率向低频区移动，还原氧化石墨烯/片状羰基铁粉/环氧树脂复合材料的反射损耗明显提高。对于厚度为2 mm的50%（质量分数）还原氧化石墨烯/片状羰基铁粉/环氧树脂吸收剂，频率为11.0 GHz时最小反射损耗达到-32.3 dB。

LI Cuiping等[24]用微波辅助法制备了层状多孔镍钴碳银耳状组装体，并进行了烧结，较高的烧结温度有助于碳基体的石墨化和镍钴合金的生长。在700 ℃下获得的层状多孔镍钴碳复合材料显示出最佳的微波吸收性能：在8.4 GHz处最小反射损耗值达到-41.6 dB，通过调整层厚（1.0～5.5 mm）得到最宽有效吸收带宽为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 与介电损耗型吸波材料掺杂制备吸波复合材料

单壁碳纳米管和石墨烯等介电型吸波材料具有介电性能好、质量较轻等优点，并且还原石墨烯具有较大的表面积，表面还含有大量悬挂键和缺陷，均可大幅度增强吸波复合材料的界面极化和偶极子极化效果[25]，但其阻抗匹配较差，因此其吸波性能不尽人意。而磁性吸波材料磁损耗大，阻抗匹配高，故与单壁碳纳米管或石墨烯等介电型吸波材料复合制备吸波材料，就能结合二者的优点，弥补单一磁性吸波材料存在的密度较大、介电型吸波材料存在的阻抗匹配较差等不足，从而制备出具有优异吸波性能的吸波复合材料。

孙星等[26]先是采用直流电弧放电法制备了高结晶性单壁碳纳米管，接着采用溶胶凝胶自燃法制备了铁酸钴，然后将两种材料复合制得单壁碳纳米管-铁酸钴双层复合吸波材料。结果表明，当单壁碳纳米管作为吸收层、铁酸钴作为匹配层时，通过调节吸收层和匹配层的厚度，单壁碳纳米管-铁酸钴双层复合吸波材料的最小反射损耗值可达到-61.13 dB，有效吸收带宽（反射损耗低于-10 dB）达到7 GHz（8～15 GHz）。该复合材料之所以能够具有如此优异的吸波性能，首先是由于铁酸钴作为匹配层，具有较高的阻抗匹配，使入射电磁波的直接反射大幅减少;其次是因为铁酸钴磁损耗机制与单壁碳纳米管介电损耗机制的结合;最后是由于复合材料双层结构间存在的界面效应及单壁碳纳米管的网状结构使电磁波在吸波体内部的反射增加，从而使得单壁碳纳米管-铁酸钴双层复合材料成为了一种新型的有广阔应用前景的高吸收宽频带微波吸收材料。

周小文等[27]通过采用静电纺丝法制备了不同成分的镍锌铁氧体纳米纤维，然后采用超声法将其与还原氧化石墨烯（RGO）溶液复合制备了石墨烯/NixZn（1-x）Fe2O4（x=0，0.3，0.5）软磁复合材料，并对该复合材料的吸波性能进行了实验研究。测试结果表明：当x=0.5、试样厚度为4.0 mm时，RGO/Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合材料在频率为6.28 GHz处的最小反射损耗值为-41.51 dB，有效吸收频带带宽为2.53 GHz。采用静电纺丝法制备该复合材料，不仅快捷方便而且工艺成本低，可实现大批量快速制备。并且，该复合材料由于兼具磁损耗与介电损耗作用机制，具有优异的吸波性能，从而在吸波领域拥有较好的应用前景。

孙银凤等[28]首先采用Hummers法制备了氧化石墨烯，然后通过溶胶-凝胶法制备了镧掺杂Z型钡铁氧体Ba2.7La0.3Co2Fe24O41，然后将铁氧体与氧化石墨烯复合制备出Ba2.7La0.3Co2Fe24O41/还原氧化石墨烯二元复合材料，最后用导电聚合物聚苯胺将二元复合材料包裹制备了Ba2.7La0.3Co2Fe24O41/还原氧化石墨烯/聚苯胺三元复合吸波材料。经过对材料的电磁参数及微波吸收性能的表征测试结果发现，Z型铁氧体与还原氧化石墨烯复合后，其介电常数虚部和吸波性能均有显著提升，并且在被聚苯胺包裹之后，三元复合吸波材料的介电常数虚部与吸波性能又获得了进一步提高，其平均微波吸收值达到了-47.42 dB，吸收峰位向低频方向移动，吸收峰值为-57.43 dB。Ba2.7La0.3Co2Fe24O41/还原氧化石墨烯二元复合材料具有密度低、热稳定性好、吸波性能优异的特点，在此基础上，再复合具有电导率高、密度低、易加工复合的新型吸波材料导电聚合物聚苯胺，使得吸波复合材料的吸波性能得到进一步提升，这为未来新型吸波复合材料的制备提供了参考依据。

赵成云[29]首先采用水热法制备了六边形锶铁氧体纳米片，然后采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯，再将两种材料混合在一起采用超声搅拌法制备出还原石墨烯/锶铁氧体纳米复合材料。磁性材料与还原石墨烯复合后，由于石墨烯本身固有的介电性，材料整体的复介电常数与介电损耗角正切值均有明显的提高;又因为还原石墨烯比表面积较大并且表面带有大量的悬挂键和缺陷，增强了复合材料的界面极化和偶极子极化能力。通过实验测试分析，当复合材料的匹配厚度为2.2 mm时，在16.24 GHz处复合材料的最小反射损耗達到了-49.94 dB。与单一锶铁氧体相比，还原石墨烯/锶铁氧体纳米复合材料的微波吸收性能表现非常优异。

LI Jinshuh等[30]采用改进Hummers法合成了氧化石墨烯，然后用其合成了铁钴合金/石墨烯片复合材料，再将复合材料与碳化硅和天然橡胶混合，制备了微波吸收材料。结果表明，在碳化硅/天然橡胶样品中加入铁钴合金/石墨烯片（AGS）复合材料可显著降低反射损耗值，并且随着添加颗粒浓度的增加，吸收峰向低频移动。添加铁钴合金/石墨烯片复合材料的最佳质量分数为3%。AGS-450-3%样品（在碳化硅/天然橡胶样品中加入在450 ℃的温度下合成的质量分数为3%的铁钴合金/石墨烯片）在7.8 GHz处存在最低反射损耗值为-20.67 dB。此研究探究了铁钴合金和石墨烯片复合后制备的吸波材料的作用机理与微波吸收特性，开发出了一种吸波性能优良的复合材料，同时也使得铁钴合金和碳材料复合制备吸波材料的研究内容更加全面。

SUN Jie等[31]采用两步法制备了铜钴镍铁氧体/氧化石墨烯/聚苯胺三元复合材料。以制备的三元复合材料为吸波剂，水性聚氨酯为基体，在棉织物上包覆，制备了一种柔性吸波材料。测试结果表明：与聚苯胺和氧化石墨烯相比，铜钴镍铁氧体/氧化石墨烯/聚苯胺三元复合材料的微波吸收能力显著提高，在10.8 GHz处可达到-33 dB。当涂层剂含量为40%、涂层织物厚度为2.0 mm时，在300 kHz～3.0 GHz频率内反射损耗可达-47 dB。同时，力学性能优于未涂层棉织物。通过这项研究可以发现，磁损耗铁氧体、介电损耗石墨烯和聚苯胺的组合不仅可以综合三种材料的优点，同时还具有协同作用，可进一步调整电磁参数，从而制备出一种密度较低、吸收频带较宽、吸波性能较好的复合材料。

3.2 制备不同形态结构的磁性吸波复合材料

通过将吸波复合材料制备成不同的形态结构，增大了吸波材料的比表面积，使得电磁波可在吸波材料中多次反射，增强了吸波材料对电磁波的衰减和吸收。其中，将吸波复合材料的形态结构设计为核壳结构。第一，壳部分材料与核部分材料之间的界面引起了大量的界面极化;第二，引入材料可以调节磁性材料的复介电常数，改善材料的阻抗匹配，提高其微波吸收性能;第三，相对于实心吸波复合材料而言，核殼结构的吸波材料对于射入其中的电磁波的衰减面积更大，使得电磁波多次反射，增强吸波材料对电磁波的吸收与衰减。所以，综合考虑复合材料阻抗匹配性能的改善、多界面极化及对电磁波衰减强度的增强等原因，核壳结构的磁性吸波复合材料具有优异的微波吸收性能。

GAO Meimei等[32]采用溶剂热反应和冷淬火相结合的方法制备了类荚状的3D Ni0.33Co0.67Fe2O4@RGO复合材料。由于RGO在液氮中的收缩，将直径为100～150 nm的Ni0.33Co0.67Fe2O4微球包裹在RGO片中，所以包裹了铁氧体微球的RGO片形成了类荚状的三维网络形态。由测试结果可得：制备的复合材料的最小反射损耗达到-47.5 dB，有效吸收带宽（RL<-10 dB）为5.02 GHz。复合材料的吸波性能比纯Ni0.33Co0.67Fe2O4微球和冷淬纯RGO与铁氧体微球机械共混形成的Ni0.33Co0.67Fe2O4-RGO混合物好得多。

NI Xiang等[33]在长链离子液体[C18MIM][Br]存在下，采用溶剂热法成功合成了中空铁酸钴微球。直径为100～200 nm 且壳厚度约为10～50 nm的均匀铁酸钴空心球由5～10 nm的纳米颗粒组装，具有立方尖晶石结构。对于厚度为5.5 mm的中空铁酸钴微球，在16.98 GHz处得到-15.23 dB的最小反射损耗，并且有效吸收频带为15.28～18 GHz。这项研究采用的铁氧体微球制备方法较简便，并且由此方法制备的空心铁酸钴微球比实心微球具有更好的微波吸收性能。

尚涛[34]采用水热法，并以制备的介孔SiO2 SBA-15为模板合成了具有尖晶石结构的有序介孔铁酸钴（O-CFO）纳米颗粒。通过测试发现：O-CFO具有105.3 m2/g的比表面积。当厚度为3.0 mm时，样品的反射损耗在频率为13.4 GHz处存在最小值为-27.36 dB。该研究将铁氧体制备成介孔结构，可以改善传统铁氧体存在的密度大、吸波频带窄、吸波性能低等缺点，从而有效提升铁氧体材料的微波吸收性能。

CHEN Wei等[35]采用表面活性剂辅助水热法制备了直径为3～4 μm的均匀海胆状锶铁氧体。在厚度为3 mm时，海胆状锶铁氧体在15.1 GHz处的最小反射损耗为-22.8 dB，有效吸收频率为12.4～18.0 GHz。此项研究开发出了一种新型的具有均匀海胆状结构的锶铁氧体，并且实验结果表明新型海胆状锶铁氧体的微波吸收性能明显优于锶铁氧体颗粒。

FU Min等[36]采用气相扩散沉积和退火工艺制备了蓬蓬花状镍铁氧体（PF-NiFe2O4），研究了所得多功能PF-NiFe2O4的微波吸收性能。测试结果发现，PF-NiFe2O4的最小反射损耗为-18.3 dB，而大块NiFe2O4的最小反射损耗为-9.2 dB。此项研究采用一种新的合成方法制备出了具有独特花状结构的多功能镍铁氧体，并且经测试发现，这种结构的镍铁氧体具有优良的吸波性能，同时其电容性能也得到了进一步提升。

WANG Mengqi等[37]采用水热法制备了一种新型的BaFe12O19@MoS2核壳复合材料。通过改变硫脲的加入量，可以很好地调节BaFe12O19@MoS2复合材料的介电损耗。特别地，当硫脲添加量为28 mmol时BaFe12O19@MoS2的最小反射损耗（RLmax）为-61.0 dB，厚度为1.7 mm时复合材料的有效吸收带宽（RL<-10 dB的反射损耗）为4.4 GHz。结果表明，BaFe12O19@MoS2核壳复合材料具有成本低、合成容易、微波吸收能力强等特点。因此，所制备的BaFe12O19@MoS2核壳结构复合材料有望成为高效吸波材料的候选材料。

CHEN Qiuli等[38]采用化学共沉淀法成功地合成了具有良好微波吸收特性的新型核壳结构羰基铁粉/SiO2/Mn0.6Zn0.4Fe2O4铁氧体复合材料，系统研究了该复合材料的微观结构、形貌及微波吸收性能。结果表明，SiO2和Mn0.6Zn0.4Fe2O4的涂层均匀、细小，制备的羰基铁粉/SiO2/Mn0.6Zn0.4Fe2O4铁氧体复合材料在高频下表现出比羰基铁粉、羰基铁粉/SiO2和羰基铁粉/Mn0.6Zn0.4Fe2O4铁氧体更好的介电损耗和频率特性。厚度为2 mm的羰基铁粉/SiO2/Mn0.6Zn0.4Fe2O4铁氧体在1157 GHz处的最佳反射损耗值可达-44.24 dB，有效吸收频带（RL<-10 dB）为9.04～16.16 GHz。

3.3 表面包覆法制备磁性吸波复合材料

通过在磁性吸波材料表面涂覆一层包覆层，包覆层材料可优化磁性吸波材料的电磁参数，改善阻抗匹配特性，从而提高磁性吸波材料的微波吸收性能。但是这种方法仍受磁性材料粒径的限制，对于较大粒径的磁性材料，包覆后吸波性能反而会下降。

韩铮等[39]采用溶胶-凝胶法在羰基铁粉表面成功涂覆了一层TiO2薄膜（羰基铁粉粒径分别为1 μm和6 μm），研究发现，对于粒径为1 μm的羰基铁粉，TiO2包覆层能有效地提高其复磁导率和复介电常数，从而改善其微波吸收性能。根据分析，TiO2包覆层之所以可以增强粒径为1 μm的羰基铁粉的微波吸收性能，是因为TiO2包覆层可以有效地防止颗粒之间形成涡流。对于粒径为6 μm的羰基铁粉，在涂覆TiO2包覆层之后，最低反射损耗值由原来的-32 dB（4.4 GHz）变为-27 dB（5.8 GHz），包覆后吸收峰移向高频。总体来看，包覆后材料的吸波性能要低于未包覆的原始粉末。对于粒径为1 μm 的羰基铁粉来说，包覆0.5%的TiO2后其最低反射损耗值由原来的-20 dB（5.9 GHz）变为-25 dB（4.5 GHz），吸收峰移向低频，并且随着包覆量的增加，有效吸收带宽也明显变宽。该研究结果表明，TiO2包覆层可有效提升小粒径羰基铁粉的吸波性能。

刘晓彤等[40]通过正硅酸乙酯（TEOS）水解制备了SiO2包覆的羰基铁复合材料，研究包覆时间对于复合材料的电磁性质及微波吸收性能的影响。测试结果表明：SiO2包覆层的厚度约为40～60 nm，并且随着包覆时间的延长，包覆层的厚度逐渐增大并致密;经模拟，包覆后同等厚度的样品对电磁波的吸收峰移向高频，有效吸收频带宽度明显增加;包覆了2 h的样品，其反射损耗最小为-45.18 dB。此项研究使用正硅酸乙酯对球形的羰基鐵进行包覆，在质轻、厚度薄的基础上进一步优化了材料的吸波性能。

3.4 其他金属部分取代铁氧体金属阳离子

对于铁氧体而言，其对电磁波的吸收与衰减取决于其复介电常数与磁导率，而介电常数与磁导率又与铁氧体的组成有关[5]。通过用其他金属部分取代铁氧体的金属阳离子，可以提高材料的介电损耗能力与磁导率，从而改善材料的损耗机制，提升复合材料的吸波能力。

程艳奎等[41]先是用金属离子Mn2+、Ni2+、Ti4+、Co2+部分取代钡铁氧体中的Fe3+离子，然后将采用溶胶凝胶法制备的BaMn0.1Ni0.1Co0.8TiFe10O19铁氧体粉末与石蜡混合制备了不同金属离子掺杂的M型钡铁氧体复合材料，之后对复合材料的微波吸收性能进行了测试。结果表明，当复合材料厚度为2 mm时，反射损耗值小于-15 dB的吸收带宽可达7.2 GHz，在9.7 GHz处反射损耗值最小为-45 dB。以上结果表明，研究制备的不同金属离子掺杂的M型钡铁氧体具有良好的微波吸收性能，在高频领域具有很广阔的应用前景。

QIAN Kun等[42]采用溶胶-凝胶法制备了不同钕含量的纳米Ni-Zn铁氧体（Ni0.5Zn0.5NdxFe2-xO4），并对样品表面官能团的存在、晶体结构和形貌进行了测试。结果表明，制备的样品在低钕含量条件下由尖晶石相组成，与纯镍锌铁氧体相似。当Nd3+含量超过一定限度（x>0.04）时，铁氧体中出现氧化铷（Nd2O3）相。当x<0.04时，掺杂Nd3+提高尖晶石铁氧体的介电损耗能力是影响样品微波吸收能力的主要因素。在这种情况下，第二相Nd2O3几乎不出现，因此Nd3+的加入对磁损耗能力的削弱作用不明显。当x=0.04、厚度为8.5 mm时，材料的最佳吸收峰在4.4 GHz处达到-20.8 dB，有效吸收带宽（RL<-10 dB）为3.2 GHz。相反，当x>0.04时，磁损耗能力迅速下降（如Ms从82.47 emu/g下降到59.77 emu/g）。同时，介电损耗增加缓慢，微波吸收能力下降。该研究结果表明，调整Nd的含量对提高材料的介电性能和微波吸收性能，特别是低频性能具有重要意义。

CHO Hanshin等[43]采用1 250 ℃煅烧法制备了BaCo2-xMexFe16O27（Me=Zn、Ni）粉体，其中取代率x在0.0～1.5。利用煅烧后的粉体，以硅橡胶为基材制备了复合材料试样。振动样品磁强计测量结果表明，Zn取代的Co2W六铁氧体复合样品具有较高的饱和磁化强度和较低的矫顽力。Me=Zn、x=1.0、厚度为4 mm时，试样在5.8 GHz处的反射损耗为-35 dB。该研究结果表明，用Zn取代的样品在C波段具有优异的微波吸收性能，开发出来的复合材料可用作在无人机和无线局域网（5.8 GHz）的工作频率下的吸波材料。

4 结 语

通过总结国内外研究人员改善磁性材料吸波性能的研究方法，发现这些方法虽然在一定程度上提升了磁性材料的微波吸收性能，但改性制备的吸波复合材料仍存在吸收频带窄、吸波性能较低及制备工艺复杂等问题。为了实现理想吸波材料“薄、轻、宽、强”的目标，今后的研究可以朝着以下几个方向发展：

1）研发复合材料，特别是将磁性吸波材料与介电损耗型的吸波材料复合，调节复合材料阻抗匹配，优化复合材料的吸波性能。其中，石墨烯作为一种密度低、比表面积大、电导率和热稳定性较高的介电损耗型吸波材料，与磁性吸波材料复合后，一方面可以实现复合材料阻抗匹配，另一方面质轻的石墨烯的加入也可以降低复合材料的重量，从而实现“轻”的发展目标。

2）改造磁性吸波材料及其复合材料的形貌结构（核壳、多层夹心、蜂窝等），增大材料对电磁波的衰减面积及材料自身的界面极化作用，拓宽吸波频带，在追求材料高性能、宽频带的前提下，尽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发，探究其吸波作用机制，并且积极顺应国家绿色协调的发展理念，为未来磁性吸波材料的研究与发展指明方向。

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