BiFeO3/CoFe2O4復合體系的微波性能研究

韓建華，廖 曦，李艷麗

（湖南體育職業(yè)學院省體校，湖南 長沙，410000）

多鐵性材料 BiFeO3因其同時具有鐵電性，鐵磁性，鐵彈性而成為研究熱點。鐵電鐵磁共存及協(xié)同損耗效應是強吸收，寬頻帶微波吸收材料的基礎，近年來一些工作者通過在A位或B位摻入稀土元素來提高 BiFeO3的微波吸收性能。本文采用物理共混法將BiFeO3與鐵氧體制成復合材料，探討不同的質量比對微波電磁參數(shù)，微波吸收性能的影響。

1 樣品的制備

用溶膠凝膠法分別制備 CoFe2O4鐵氧體和 BiFeO3粉晶樣品，分別稱取不同質量比的BiFeO3和 CoFe2O4納米粉體，在瑪瑙研缽中仔細研磨約0.5h，得到不同質量比的納米復合粉體，然后壓制成測試試樣。表1為BiFeO3/CoFe2O4幾種樣品的復合質量比。

表1 BiFeO3粉末與CoFe2O4粉末的質量配比

2 BiFeO3/CoFe2O4復合體系的XRD分析

圖1 BiFeO3/CoFe2O（W1、W2、W3、W4）復合材料的 XRD 圖譜 4

從圖中可以看到BiFeO3和CoFe2O4的是以復合相的形態(tài)出現(xiàn)，材料中無其它雜相。在x=0時，試樣為純BiFeO3，其結構為明顯的鈣鈦礦結構。其余樣品衍射峰是BiFeO3和CoFe2O4的組合。

3 BiFeO3/CoFe2O4復合材料的微波吸收性能

3.1 復合組分對材料吸波性能的影響

圖2為厚度為2.8mm 時，BiFeO3/CoFe2O4樣品的R-f關系圖，從圖中可以看出對單一組分的樣品 BiFeO3（復合前）其吸波3性能很弱。對復合組分的樣品其吸收峰值明顯提高，有效吸收頻帶變寬。具體結果如下對W1即BiFeO3，吸收率較?。划擝iFeO3含量 75% 時，13.2GHz 位置處吸收峰值為12.31dB，10dB頻寬為1.2GHz ；當 BiFeO3含量 55% 時，10.6GHz 位置處吸收峰值為17.1dB，10dB 有效吸收頻寬為 3.9GHz；當 BiFeO3含量25%時，9.04GHz位置處吸收峰值為 22.23dB，10dB 有效吸收頻寬為4.3GHz；當BiFeO3含量 0% 時即純 CoFe2O4，6.5GHz 位置處吸收峰值為 13.2，10dB 有效吸收頻寬為1.5GHz?？梢?，當CoFe2O4組分含量分別為 45% 和 75% 時，復合材料的吸波性能最佳，其微波吸收性能無論是吸收帶寬還是吸收強度都明顯優(yōu)于單一組分的樣品，且隨著 CoFe2O4含量的增加吸收峰位置逐漸向低頻方向移動。

圖2 BiFeO3/CoFe2O4樣品的 R-f關系圖

3.2 BiFeO3/CoFe2O4微波電磁損耗機理

圖 3 為復合材料W4的損耗角正切隨頻率的變化關系圖，圖中介電損耗角正切tanδe隨頻率先增加后減小，在8.6GHz附近出現(xiàn)峰值。磁損耗角正切tanδm在小于7GHz頻段內隨頻率緩慢變化，然后急劇上升達到極大值，此峰值與圖2中的吸收峰值相對應。

圖3 W4樣品的損耗角正切與頻率的關系

由此可得，此復合材料既具有電損耗又具有磁損耗，因此復合材料的微波吸收是兩種損耗共同作用的結果。其電損耗主要來源于 BiFeO3的鐵電極化引起的損耗，包括馳豫損耗和共振損耗及一定的電導率導致漏電損耗。其磁損耗主要來源于 CoFe2O4的鐵磁磁化馳豫、疇壁位移共振、自然共振引起的損耗。此外，復合材料存在磁電耦合效應，此效應有利于微波吸收。

4 結論

BiFeO3粉體和 CoFe2O4分別為鈣鈦礦結構和尖晶石結構；BiFeO3質量分數(shù)為 25%，厚度為 2.8mm 左右，吸收峰值達22.23dB,10dB 有效吸收頻帶寬為 4.3GHz。復合體系的微波吸收特性明顯優(yōu)于單一組分復合體系兼具介電損耗和磁損耗，但磁損耗相對較大。