Enhanced microwave absorption of BaTiO3-based ferroelectric/ferromagnetic nanocomposite

Solvothermal synthesis of CoxFe3−xO4 spheres and their microwave absorption properties

“…We can adjust the band of minimum absorption by changing the cobalt ferrite ratio in mixed ferrites. Its permittivity value (6)(7)(8) is lower than that of sphere A (9-12), due to the low-pressure moulding in this batch of toroidal-shaped samples. S3-S4 † shows that all the spheres are ferrites.…”

Three-Layer Structure Microwave Absorbers Based on Nanocrystalline α-Fe, Fe0.2(Co0.2Ni0.8)0.8 and Ni0.5Zn0.5Fe2O4 Porous Microfibers

“…An excellent microwave absorber must have at least two characteristics: 27 (1) ideally no reflections at the interface air-absorber and (2) the electromagnetic wave must get rapidly attenuated through the absorber layer. For this point, we investigated the single-layer, double-layer and three-layer structure absorbers based on nanocrystalline porous microfibers prepared.…”

“…[1][2][3][4] So that EMI shielding research has attracted considerable attention to find suitable microwave absorbers and solve these problems.…”

Microwave Absorption Properties of Double-layer Absorbing Coatings Based on Ni$lt;inf$gt;0.4$lt;/inf$gt;Co$lt;inf$gt;0.2$lt;/inf$gt;Zn$lt;inf$gt;0.4$lt;/inf$gt;Fe$lt;inf$gt;2$lt;/inf$gt;O$lt;inf$gt;4$lt;/inf$gt; and BaTiO$lt;inf$gt;3$lt;/inf$gt; Nanofibers

“…Ni-Co-Zn ferrite nanofiber; BaTiO 3 nanofiber; electrospinning; double-layer absorber; microwave absorption properties 近年来, 随着 GHz 频段电磁波在电子通讯领域 的广泛应用, 如移动电话、无线局域网、雷达系统 等, 带来的电磁辐射、 干扰与污染也越发严重; 另一 方面, 提高现代战争中武器装备的生存和突防能力 要求尽可能降低雷达反射截面以实现其电磁隐身。 于是为了解决电磁干扰以及军事装备隐身问题, 高 性能电磁波吸收材料的研制与开发一直是相关领域 的热点课题 [1][2][3][4][5] 。 微波吸收材料的吸波性能主要由其 相对复磁导率和复介电常数所决定 [6] 。性能优异的 微波吸收材料必须同时满足两个条件: 一是阻抗匹 配良好, 入射电磁波能有效进入吸波体内部而不被 反射; 二是衰减能力强, 进入到材料内部的电磁波 能被迅速地衰减和吸收 [7][8] 。 吸波材料可分为单层和多层结构, 单层吸波材 料通常难以同时达到低厚度、宽频带、强吸收的效 果, 而双层及多层吸波材料由于其更易实现与自由 空间的阻抗匹配, 获得好的微波吸收性能, 则近年 来引起了研究者的广泛关注 [9][10][11][12][13] 。Liu 等 [9] 设计了以 Co 2 FeO 4 和羟基铁(CI)粉为吸收剂的双层吸波涂层, 最小反射损耗达到-38.2 dB, 低于-10 dB 的吸收带 宽 为 9.4 GHz; Qing 等 [10] 模 拟 计 算 了 以 树 脂 / (50wt%)BaTiO 3 复合材料为匹配层和树脂/(60wt%) BaTiO 3 /(20wt%)CI 复合材料为吸收层的双层吸波材 料, 其最小反射损耗达-59 dB, 小于-10 dB 的吸收 频带为 10.8~14.8 GHz。 这些双层吸波材料均比相应 单层吸波材料表现出更强的微波吸收性能。 尖晶石结构铁氧体由于其磁损耗大、吸收能力 强被广泛应用于电磁波吸收领域, 但相应单层吸波涂 层通常大多存在密度高、匹配厚度大等不足之处 [14][15] 。 钙钛矿结构 BaTiO 3 (BTO)具有良好的介电和铁电性 能, 近来发现一些 BTO 纳米结构呈现出较强的电磁 吸收能力 [16][17][18][19][20] [21] 。 图 3 是 NCZFO 纳米纤维/硅橡胶复合物(记为 S1)的 复介电常数、复磁导率和损耗角正切随频率的变化 曲线。由图 3(a)可见, S1 的复介电常数实部(ε′)与虚 部(ε″)在 2~18 GHz 内几乎保持不变, 其值分别在 5.02 和 0.15 左右。由于整个介电谱没有出现明显的 松弛和共振行为, 偶极子的取向极化可能是该频率 范围内的主要极化机制 [15] 。从图 3(b)可观察到, 复 图 3 NCZFO 纳米纤维/硅橡胶复合物(S1)的(a)复介电常数、 (b)复磁导率和(c)损耗角正切随频率的变化 Fig. 3 Frequency dependences of (a) complex permittivity, (b) complex permeability and (c) loss tangent of S1 磁导率实部(μ′)在 2~9 GHz 范围内从 1.79 较快减小 到 0.81, 之后随频率升高平缓增大至 0.92; 而复磁 导率虚部(μ″)在整个测量频率范围内呈单调下降趋 势。损耗角正切大小反映了材料对电磁波的衰减能 力, 从图 3(c)可以看出, S1 的介电损耗角正切(ε″/ε′)接 近于 0, 而磁损耗角正切(μ″/μ′)几乎在整个 2~18 GHz 范围内都大于相应的介电损耗角正切, 其最大值在 6 GHz 附近达到 0.65, 说明 NCZFO 纳米纤维对电磁 波能量的衰减主要来自于磁损耗, 同时也预示着该 纤维材料对中低频电磁波具有一定的吸收能力。一 般而言, 磁性材料在 GHz 范围内的磁损耗主要归于 自然共振、涡流损耗和交换共振 [5,22] 。铁氧体材料 的电阻率较高, 涡流损耗可以忽略。尖晶石铁氧体 的自然共振频率虽然一般都在数百 MHz 以下 [23] , 但对于其纳米结构体系, 由于小尺寸效应显著提高 了表面各向异性, 使自然共振频率可达 GHz 范围, 从而能够在微波频段表现出较强的磁损耗能力。因 此, NCZFO 铁氧体纳米纤维在微波频段的磁频散及 磁损耗应主要由自然共振引起 [14] 。此外, 当磁性材 料尺度达到纳米级时, 体系中磁性颗粒间交换相互 作用将显著增强, 交换能增大, 交换共振对磁损耗 可能也会产生一定的贡献…”