稀土掺杂及与聚苯胺复合对锶铁氧体微波吸收的改性研究

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铁氧体是一类传统的吸波材料,但存在密度大、微波吸收频带窄的问题,因此,铁氧体吸波材料的改性仍然是目前的一个研究热点。针对这些问题,对六角M型锶铁氧体进行了掺杂及复合改性,以提高其微波吸收性能。稀土元素具有特殊的电磁结构和性能,稀土掺杂能够调节铁氧体电磁参数和改善铁氧体的微波吸收性能,但镧、铈掺杂M型锶铁氧体在2-18GHz内的微波吸收特性的研究少见报道。掺杂聚苯胺(PAn)是一种低密度的电损耗型吸波材料。将磁损耗为主的铁氧体与PAn复合是提高铁氧体微波吸收性能的一个有效途径。目前,锶铁氧体/PAn复合吸波材料的研究缺乏。用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了Sr0.7La0.3-xCexFe11.7Zn0.3O19纳米铁氧体。用化学氧化法制备了盐酸(HCl)掺杂聚苯胺(PAn)导电高分子,用原位聚合法制备了不同聚合质量比的Sr0.7La0.15Ce0.15Fe11.7Zn0.3O19/PAn复合材料。用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)、热分析仪(DSC-TGA)、扫描电镜(SEM)对样品的结构、微观形貌及样品形成过程进行了表征。用圆柱体法测量了样品的室温电导率。用微波矢量网络分析仪(AV3620型)测试了样品的电磁参数,根据测量数据计算了样品的微波吸收系数和电磁损耗因子,从理论上分析了电磁损耗机制。XRD分析表明,制备的Sr0.7La0.3-xCexFe11.7Zn0.3O19样品具有M型磁铅石结构,但存在少量的α-Fe2O3杂相。SEM分析表明,Sr0.7La0.15Ce0.15Fe11.7Zn0.3O19粒子形貌不规则,呈现六角片状特征,粒子尺寸约为100nm左右。复合材料的XRD、FTIR与SEM分析表明,在Sr0.7La0.15Ce0.15Fe11.7Zn0.3O19/PAn复合材料样品中,聚苯胺包覆于锶铁氧体表面。电导率测量结果表明,Sr0.7La0.3-xCexFe11.7Zn0.3O19样品的电导率处于半导体范围,但电导率低;Sr0.7La0.15Ce0.15Fe11.7Zn0.3O19/PAn复合材料样品电导率处于半导体范围,但随着锶铁氧体的聚合质量比的增加先升高后减小。电磁参数及微波吸收测试表明,x=0.15的Sr0.7La0.3-xCexFe11.7Zn0.3O19微波吸收效果最好,当样品的厚度为2.00mm时,吸收峰值为12.3dB,10dB以上频带宽度达2GHz。Sr0.7La0.15Ce0.15Fe11.7Zn0.3O19/PAn复合体系的微波吸收性能较Sr0.7La0.15Ce0.15Fe11.7Zn0.3O19有较大提高。盐酸掺杂聚苯胺在厚度为3.2mm时于10.1GHZ处具有吸收峰值32dB,大于10dB的吸收带宽为3.3GHZ。当铁氧体聚合质量比为40%时,复合材料的微波吸收性能最佳,从吸收系数随频率的变化的趋势看,当复合样品厚度为2.6mm,吸收峰值接近40dB,峰值频率高于12.4GHz,大于10 dB吸收带宽预计达到5.5GHz。理论分析表明,Sr0.7La0.3-xCexFe11.7Zn0.3O19微波损耗源于磁损耗和介电损耗。盐酸掺杂聚苯胺的微波损耗源于电损耗。而复合材料的微波损耗源于电损耗与磁损耗协同作用。因此,掺杂锶铁氧体/聚苯胺复合材料具有损耗能力强,波段宽、质量轻的优点,是一种良好的微波吸收剂。
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