综述(铁氧体材料)

文献综述

一、研究背景

随着科技的发展，吸波材料在军用及民用领域的应用日益广泛，己经成为各国军事装备隐身和民用防电磁辐射等技术领域研究的热点[1]。在众多的吸波材料中，以自然共振为主要吸波机制的铁氧体吸波材料作为一种传统的吸波剂，具有较好的性能和低廉的成本，因而是目前各国研究得比较多和比较成熟的吸波材料，己经成功地应用于隐身技术[2-3]。这些吸收剂，虽然在一定的频带范围内吸收雷达电磁波较强，但其有一个致命的缺点就是密度太大，难以满足当前国家在军事隐身、军事通讯、电缆信号泄漏防护，民用电磁波辐射防护等方面对吸收电磁波宽频带、吸收强、重量轻的新型吸收剂需求[4]。

二、研究现状

目前开发研制的新型吸波剂达几十种之多，但大部分处于试验阶段，要达到真正的实用化还有许多的工作要做，同时对一些比较成熟的吸波剂进行结构改造也是当前吸波剂发展的重要方向，对材料科学工作者来说，如何经济、有效地解决传统铁氧体吸波剂所存在的弊端是雷达吸波剂研究中的主要问题。

铁氧体是目前研究较多且比较成熟的吸波剂，应用十分广泛。铁氧体既有亚铁磁性又有介电特性，对微波电磁场来说，其相对磁导率和相对介电特性均呈现复数形式，一般称为双复介质。它既能产生磁滞损耗又能产生电致损耗，吸波性能优良。它的吸波机理主要是畴壁共振和自然共振。按其微观结构的不同，铁氧体可以分为立方晶系尖

晶石型、六角晶系磁铅石型和稀土石榴石型三个主要系列，他们均可以作为吸波剂。

铁氧体吸波剂价格低廉，吸波性能优良，一直受到各个国家的重视，至今仍是组成雷达吸波材料的主要成分之一。国内就铁氧体吸波剂也作了许多的研究。但是铁氧体作为吸波剂应用时存在比重大、吸收频带窄等缺点。为了克服这一缺点，各国正在研制开发新型的铁氧体。目前主要有以下三大途径：(1)把铁氧体制成超细粉末，从而大大降低其比重，改变其磁、电、光等物理化学性能，提高吸波能力。国内钱逸泰先生等人已经开始了这方面的研究工作[11]；（2）制备含有大量游离电子的铁氧体或在铁氧体内加入少量放射性物质，在雷达波作用下，游离电子急剧循环运动，大量消耗电磁能，从而提高铁氧体吸波性能；(3)研究新型“铁球”吸波剂，在空心的玻璃微球表面涂上铁氧体粉或把铁氧体制成空心微球，这样制成的铁球吸波剂，比重比铁氧体轻得多，而吸波性能优于铁氧体。这是因为铁球吸波涂层不仅能吸波，还能偏转和散射雷达波。美国的F-117A隐形飞机和“海上阴影”号隐身舰艇都采用的是一种叫“铁球”的铁氧体吸波材料。除上述三个措施以外，将立方晶系、六方晶系和反铁磁铁氧体通过改变铁氧体的化学成分、粒径、粒度分布、粒子形状、混合量和表面处理技术来提高铁氧体吸波性能的研究也取得了较大的进展。

铁氧体空心粒子作为一种具有特殊结构的功能材料复合粒子，具有质轻和内核折光指数远低于壳层物质等特点。由于这种空心粒子体密度小、其特有的电磁性能表现有可能克服现有的雷达吸收涂层材料

对电磁波在某些频带吸收上的弱点或盲点、入射电磁波有可能在空心粒子的空腔内形成反复振荡吸收机制从而延长电磁波与材料之间的相互作用时间，增加吸波涂层对电磁波的有效吸收厚度。这种电磁波“黑洞”夕环境的营造将增强吸波涂层材料对电磁波的吸收能力，极有可能发展成为新一代高效微波吸收剂，满足人们对雷达吸收涂层材料的“薄、轻、宽、强”等多重目标的要求[5]。其在微波吸收涂层材料领域的应用前景令人憧憬和期待，并在材料学、化学、光学、催化、医学、生物学等诸多领域有着极大的研究价值和应用潜力[6-7]。

三、存在的问题及研究类容

铁氧体吸波剂在发展中遇到了以下几个问题；第一需要进一步提高磁导率p，这就需要发展新型结构的铁氧体，例如纳米铁氧体以及微孔铁氧体等；第二是降低铁氧体吸波剂的密度，X-射线的理论密度一般为5.0g/cm³，松装密度为0.6-2g/cm³，而纳米材料在降低密度方面有明显的优势；第三是提高铁氧体热稳定性，使其能够在较宽的温度范围内有较稳定的吸波性能。

铁氧体吸波剂吸波性能优良，价格低廉一直受到各个国家的重视，至今仍是组成雷达吸波材料的主要成分之一，国内就铁氧体吸波剂也作了许多的研究。但是铁氧体作为吸波剂应用时存在比重大、吸收频带窄等缺点，为了克服这一缺点，各国正在研制开发新型的铁氧体。目前主要有以下三大途径： (1)把铁氧体制成超细粉末，从而大大降低其比重，改变其磁、电、光等物理化学性能，提高吸波能力；(2)制备含有大量游离电子的铁氧体或在铁氧体内加入少量放射性物质，

在雷达波作用下，游离电子急剧循环运动，大量消耗电磁能，从而提高铁氧体吸波性能；(3)研究新型“铁球”吸波剂，在空心的玻璃微球表面涂上铁氧体粉或把铁氧体制成空心微球，这样制成的铁球吸波剂，比重比铁氧体轻得多，而吸波性能优于铁氧体，这是因为铁球吸波涂层不仅能吸波，还能偏转和散射雷达波[7]。

研究的目的是将以上的一、三两点结合起来，对传统铁氧体进行改造，从而合成纳米微孔铁氧体吸波剂。铁氧体吸波剂的各种合成方法都有自身的特点，选择适当的合成方法需要考虑多方面的因素。在我们的研究过程中选择使用水热合成法，我们有两大方面考虑的因素。首先，水热法在溶液中反应，高温高压水热反应具有三个特征，第二是复杂离子间反应加速；第二是使水解反应加剧；第三是使氧化一还原电势发生明显变化。这些都使水热法反应的活性更高。而且在溶液中反应粒子不容易团聚，制得的磁粉分散性好、结晶性好，粒径分布较窄，产物纯度高。水热反应在无机纳米级粒子造孔方面有独特的优势，目前，大部分的分子筛的合成都是通过水热反应所获得，水热法合成的应用前景为人们看好。研究中我们选用了以小分子有机物为模板剂，采用中温水热晶化法为合成手段，同时对影响水热合成的诸多因素进行详细的考察，从而找出一条比较理想的合成工艺，最终期望合成出超细微孔高性能的纳米铁氧体吸波剂，为隐身材料中新型吸波剂的研究提出一条新的途径。

参考文献：

[1].阮圣平，王兢. BaFeizOi.纳米复合材料微波吸收性能的研究.吉林大学学报(理学版)，2003, 41(1):70-72

[2].王琦，官建国，刘世权等.离子取代与六角铁氧体RAM的结构及微波吸收性能.硅酸盐通报，2005,(2):66

[3].王琦洁，黄英，熊佳.纳米钡铁氧体制备技术的研究进展.硅酸盐通报，2005(3):49-53

[4].郭方方.六角晶系钡铁氧体纳米晶微波吸收剂的晶化特性研究.材料科学与工程学报，2004, 24(6):R71-R74

[5].Caruso F, Shi X Y, Caruso RA, et al. Hollow titanicspheres from layered precursor deposition on sacrificialcolloidal core. Adv Mater, 2001, 13(10): 740-744

[6].吴明忠.雷达吸波材料的现状和发展趋势.磁性材料及器件，1997,28(2):26-30.

[7].李瑞琦.吸波涂层材料研究进展.兵器材料科学与工程，2006,29(3):76-79