六角鐵氧體的多鐵性

首先用檸檬酸溶膠-凝膠(sol-gel)法制備了baco_2fe_(16)o_(27)型六角鐵氧體,經(jīng)不同溫度焙燒后,分析產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌,確定出較優(yōu)的焙燒溫度,然后以此工藝制備w型ba(zn_(1-x)co_x)_2fe_(16)o_(27)(x=0,0.2,0.6,0.8,1.0)六角鐵氧體,分析其吸波性能。研究表明,x=0.8時(shí),樣品的有效吸波帶寬可拓寬到12~18ghz整個(gè)波段,吸收峰值可提高到-20db。

采用傳統(tǒng)的陶瓷工藝制備了co2z(ba3co2fe24o41)六角晶系鐵氧體材料。對燒成過程(預(yù)燒溫度,燒結(jié)溫度及燒結(jié)氣氛)及微觀結(jié)構(gòu)和相成分進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,改變燒結(jié)氣氛能有效地提高材料的高頻磁性能:預(yù)燒溫度1260℃、氧氣氛中1220℃燒結(jié)材料在1ghz下的μ′=8.2,q=15.05,其中起始磁導(dǎo)率μi=5.99,截止頻率fc>1.8ghz,共振頻率fr>1.8ghz。

采用固相反應(yīng)法制備z型六角鐵氧體(ba1-xsrx)3co2fe24o41材料。研究了sr2+取代對z型六角鐵氧體顯微結(jié)構(gòu)和電磁性能的影響。結(jié)果表明,sr2+取代量x≤0.5時(shí),隨著取代量的增加,平均晶粒尺寸和燒結(jié)密度增加,1200℃燒結(jié)時(shí),材料的起始磁導(dǎo)率從x=0的4.8增加到x=0.5的16.5,同時(shí)矯頑力減小;進(jìn)一步增加取代量時(shí),材料的起始磁導(dǎo)率下降,并且其矯頑力增大。x=0.5時(shí),材料具備高的磁導(dǎo)率(1250℃燒結(jié)時(shí)為17)、較高的截止頻率fr和磁品質(zhì)因數(shù)q,以及較低的矯頑力hc。

根據(jù)最近(2008.10.10)舉行的第十屆國際磁鐵氧體會(huì)議(icf10)和第十三屆全國磁學(xué)會(huì)議(2008.10.31)資料,以及近兩年有關(guān)專業(yè)會(huì)議文獻(xiàn)等,綜合報(bào)導(dǎo)了ghz用六角鐵氧體和鐵氧體復(fù)合材料研究國內(nèi)外近期動(dòng)態(tài)。

　采用陶瓷工藝制備co2z(ba3(co0.4zn0.6)2fe23.4o41)六角鐵氧體,通過二次球磨摻雜少量bst(basrtio3)鐵電材料。研究bst摻雜對z型鐵氧體的燒結(jié)溫度、相結(jié)構(gòu)、晶粒生長及其在頻率1mhz～1ghz的動(dòng)態(tài)相對復(fù)介電常數(shù)(εr=ε′r-iε″r)和相對復(fù)磁導(dǎo)率(μr=μ′r-iμ″r)的影響。結(jié)果表明:在bst摻雜量為co2z一次預(yù)燒料重量比的0～1.5%內(nèi),隨bst含量增加,形成在z型六角結(jié)構(gòu)相生長同時(shí),伴生m相六角結(jié)構(gòu)和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多相結(jié)構(gòu);六角結(jié)構(gòu)晶粒明顯長大,材料密度增加;μr和εr增大;鐵磁共振和鐵電共振頻率點(diǎn)移向低頻。當(dāng)bst摻雜量為1.5%、頻率1mhz時(shí),μ′r=28,ε′r=100,相對于純相co2z材料μ′r和ε′r明顯提高。

摘　要:　采用陶瓷工藝制備co2z(ba3(co0.4zn0.6)2fe23.4o41)和bam(bafi1.4co1.4fe9.2o19)六角鐵氧體,二次球磨時(shí)摻雜少量bst(basrtio3)鐵電材料,對比研究了bst摻雜對z型和m型鐵氧體在1mhz~1ghz頻率范圍內(nèi)相對復(fù)磁導(dǎo)率(μr=μr′iμr″)的影響。bst的摻雜使z型鐵氧體μr增大,共振頻率點(diǎn)移向低頻;使m型鐵氧體的μr減小,共振頻率點(diǎn)移向高頻。通過對其微觀結(jié)構(gòu)和磁參數(shù)的測試分析,討論了bst摻雜對z型和m型鐵氧體復(fù)磁導(dǎo)率不同影響的作用機(jī)理。

綜述了近年來超高頻用z型六角鐵氧體材料的研究現(xiàn)狀,著重討論了z型六角鐵氧體的低溫?zé)Y(jié)及其應(yīng)用。采用固相反應(yīng)法制備的低溫?zé)Y(jié)z型六角鐵氧材料的磁導(dǎo)率較低(2~4),而溶膠-凝膠法制備的材料的磁導(dǎo)率一般在5~8,但存在成本高、污染環(huán)境等問題。并從應(yīng)用的角度對z型六角鐵氧體電磁性能的改善途徑進(jìn)行了總結(jié)。

用固相反應(yīng)法制備了(ba3co2fe24o41)z型六角鐵氧體材料。對燒成過程(預(yù)燒溫度、燒結(jié)溫度及保溫時(shí)間、降溫方式)及預(yù)處理工藝進(jìn)行了研究。提出了制備該類材料的理想工藝條件,即適當(dāng)延緩預(yù)燒升溫速度、降低燒結(jié)溫度、縮短保溫時(shí)間、控制合理的降溫方式可使材料性能明顯改善。

綜述了離子取代與六角鐵氧體結(jié)構(gòu)、靜磁特性、微波吸收性能的關(guān)系。表明離子取代可以有效地控制六角鐵氧體的ms,ha等靜磁性能,改善其微波電磁性能,使其在亞毫米及毫米波段具有較好的微波吸收特性。對鐵氧體在ram材料中的發(fā)展進(jìn)行展望。

采用固相反應(yīng)法制備了添加bi2o3的bi(co)、zn取代z型六角鐵氧體材料。樣品通過xrd、sem進(jìn)行表征,并用阻抗分析儀研究了材料的電磁性能。實(shí)驗(yàn)表明,少量的bi取代不會(huì)影響z相形成,但可以明顯降低成相溫度;另外zn取代可以提高起始磁導(dǎo)率。最佳實(shí)驗(yàn)組分為ba3-xbixco2+x-yznyfe24-xo41(x=0.15,y=0.8),該組份加入2wt%的bi2o3作助燒劑、900℃燒結(jié),可獲得起始磁導(dǎo)率為4.2的低溫?zé)Y(jié)材料。

采用固相反應(yīng)方法制備了ba2zn1.6-xcoxcu0.4fe12o22(x=0,0.2,0.4,0.6)鐵氧體粉末,將粉末在1050℃下退火4小時(shí)。利用x射線衍射(xrd)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(vsm)以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀研究了退火樣品的晶體結(jié)構(gòu)及其在8.2～12.5ghz波段的微波吸收特性。xrd分析表明樣品為y型六角鐵氧體。vsm及微波矢量網(wǎng)絡(luò)測量表明,摻co樣品的介電常數(shù)實(shí)部ε′的平均值由不摻時(shí)的6.5降為5.0。隨著co替代量的增加,樣品的飽和磁化強(qiáng)度和剩磁不斷增大;矯頑力先維持在62～70oe之間,至co含量x=0.6時(shí)迅速增為315.5oe。在磁導(dǎo)率虛部μ″譜中觀察到樣品的自然共振吸收峰,其共振頻率和峰值與樣品中的co含量有關(guān),co含量x=0.2的樣品的μ″峰值達(dá)6.579,相應(yīng)的反射功率損耗達(dá)41.796db,吸波性能良好,基本達(dá)到在共振頻率附近提高μ′、μ″和ε″值,同時(shí)降低ε′值的目的。

以fe2o3、baco3為原料,采用熔鹽法合成了bafe12o19(bam)六角鐵氧體,研究了煅燒溫度、反應(yīng)時(shí)間、熔鹽添加量r及fe3+/ba2+摩爾比對產(chǎn)物物相、顯微結(jié)構(gòu)及磁性能的影響.結(jié)果表明,熔鹽合成bam的反應(yīng)溫度低于750℃,中間產(chǎn)物為bafe2o4及bafe4o7.fe3+/ba2+摩爾比在10～11.5可得bam單相.熔鹽添加量r為1～3時(shí),所制bam顆粒為規(guī)則六角片狀.fe3+/ba2+摩爾比為11.5,煅燒溫度為1000℃時(shí)制得的bam的比飽和磁化強(qiáng)度為71.9a.m2/kg,接近其理論值72a.m2/kg.

通過氣-固相反應(yīng)法制備α-fe與w型六角鐵氧體復(fù)合材料。通過xrd分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著還原反應(yīng)溫度和時(shí)間的增加,六角結(jié)構(gòu)鐵氧體相逐漸轉(zhuǎn)換為feco、bafe2o4相,形成了金屬合金相和鐵氧體相雙相材料。對樣品的微波磁特性的研究發(fā)現(xiàn)其磁譜從鐵氧體的鐵磁共振型磁譜逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俚某谠バ痛抛V,材料的損耗機(jī)制發(fā)生了明顯變化。

以2ghz頻率下材料磁導(dǎo)率的實(shí)部、虛部均大于10為研究目標(biāo),對co2z型平面六角鐵氧體材料,以磁導(dǎo)率理論計(jì)算表示式為基礎(chǔ),分析了飽和磁化強(qiáng)度ms、面內(nèi)各向異性場hφ、面外各向異性場hθ以及阻尼系數(shù)α對材料磁譜的影響。根據(jù)理論分析的結(jié)果,對co2z型平面六角鐵氧體材料,從配方、摻雜及工藝參數(shù)優(yōu)化等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,得到了一組滿足2ghz頻率下μ′、μ″>10的配方、摻雜及工藝條件。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,我們可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整材料磁導(dǎo)率、共振頻率及共振峰值的寬度,從而使研制的材料適用于更寬的頻率范圍。

以檸檬酸和金屬鹽為原料,采用有機(jī)凝膠先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備了直徑在0.5-3μmm型鋇鍶鐵氧體(ba0.5sr0.5fe12o19)中空纖維。通過tg/dsc、ftir、xrd、sem和vsm等技術(shù)對所得纖維進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,凝膠的可紡性與ph值有關(guān),當(dāng)ph值在4.5左右時(shí),凝膠的可紡性最好。經(jīng)700℃焙燒后,制備的m型鋇鍶鐵氧體纖維具有較大的長徑比和明顯的中空結(jié)構(gòu),組成纖維的晶粒形貌為六角片狀。隨著溫度的升高,晶粒片狀結(jié)構(gòu)越來越明顯。經(jīng)800℃焙燒后制備的m型鋇鍶鐵氧體纖維在室溫下的飽和磁化強(qiáng)度為59.5a.m2.kg-1,矯頑力為330.1ka.m-1。

　用共沉淀方法制備了zn2w型鐵氧體,通過xrd、sem研究了熱工制度對zn2w型鐵氧體晶體形成和結(jié)構(gòu)的影響。利用快速升溫、慢速冷的方法獲得了晶型完整的平面六角zn2w型鐵氧體。

采用基于第一性原理的gga+u方法研究了bafe18o27的晶體結(jié)構(gòu)和基態(tài)電子結(jié)構(gòu).以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為初始結(jié)構(gòu)的離子弛豫顯示,由于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中離子半徑的差異和2d位fe的存在,位于bao層中6h位的o離子脫離了實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)中原胞的"表面"位置,產(chǎn)生畸變.計(jì)算得到晶體磁矩為28μb/f.u.,與實(shí)驗(yàn)相符.電子態(tài)密度及能帶計(jì)算表明該材料具有微弱的半金屬特性,而且與c軸平行方向和垂直方向的能帶色散關(guān)系有著很大不同,6g位fe在該材料的輸運(yùn)特性中起著關(guān)鍵作用,它們形成一種"導(dǎo)電層",導(dǎo)致垂直電導(dǎo)率和平行電導(dǎo)率出現(xiàn)非常大的差異.

多鐵性是指材料同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性,研究表明鐵電性能由復(fù)雜的磁序列來誘導(dǎo)產(chǎn)生,但常常在較低的溫度下和較高的磁場下發(fā)生(>0.1t),最近發(fā)現(xiàn)的六角鐵氧體在室溫弱場下(<0.01t)表現(xiàn)出了磁電耦合現(xiàn)象,在新型器件的應(yīng)用方面具有潛在價(jià)值。

磁鉛石型六角鐵氧體（ｍｏ·６ｆｅ２ｏ３，ｍ＝ｂａ、ｓｒ）是重要的永磁材料和具有潛在應(yīng)用價(jià)值的磁記錄材料。本文綜述了近年來在磁鉛石型鐵氧體納米磁粉的合成與制備領(lǐng)域的一些最新研究進(jìn)展，包括化學(xué)共沉淀法、溶膠－凝膠法、水熱法、機(jī)械球磨法、玻璃晶化法、有機(jī)樹脂法、液體混合技術(shù)等，并對各種合成方法進(jìn)行了簡要評價(jià)。

用普通陶瓷工藝制備了baalxfe12-xo19六角鐵氧體多晶材料。隨著x的增加,飽和磁化強(qiáng)度減小,居里溫度下降,磁晶各向異性場增加。其結(jié)果可以通過假設(shè)al3+取代了2a位和12k次點(diǎn)陣位上的fe3+來解釋。

采用普通陶瓷工藝制備了ba（znti）xfe12-2xo19多晶六角鐵氧體。隨著x值增大，比飽和磁化強(qiáng)度σs值減小，居里溫度下降，磁晶各向異性場ha減小，介電常數(shù)ε'增加。

從磁參數(shù)（飽和磁化強(qiáng)度，磁晶各向異性場）溫度穩(wěn)定性出發(fā)，對六角鐵氧體ｒａｍ的溫度穩(wěn)定性進(jìn)行了討論；通過對ｍ、ｗ型六角鐵氧體在溫度ｔ＝１８～１００℃，頻率ｆ＝８～１２ｇｈｚ時(shí)吸收率ｒ（ｒ～ｆ）的溫度穩(wěn)定性和材料起始磁導(dǎo)率μ1隨溫度的變化曲線（μ1～ｔ）的測試，得到單軸六角鐵氧體材料ｒ～ｆ的溫度穩(wěn)定性優(yōu)于平面六角鐵氧體材料，并且和材料的μ1～ｔ變化規(guī)律吻合較好的結(jié)果。