一种氢气退火改性镧取代W型钡铁氧体及其制备方法与应用

本发明属于电磁波吸收材料，涉及一种氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体及其制备方法与应用，具体涉及氢气气氛下退火改性镧取代w型钡铁氧体(ba0.8la0.2ni2fe15.4o27)及其制备方法与应用。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、第三次科技革命以来，各波段的人造电磁波环绕在生活环境周围，在带来各种便利的同时，也会对人类的身体健康造成一定危害，同时，还会对一些精密电子仪器造成影响。除此之外，在军事领域中，能否有效减少雷达波的反射成为了战斗机等军事设施提高战场存活率的关键。因此，吸波材料的发展在当今社会变得尤为重要。铁氧体作为一种传统的磁性金属粉末吸波材料，其具有较高的饱和磁化强度和磁导率，磁损耗能力较高，成本也较低，有利于规模化生产；但是与此同时，其介电损耗较差，并且吸收频带窄，匹配厚度大，且密度大，阻碍了其进一步发展。

3、选择稀土元素对铁氧体进行掺杂，一方面稀土元素由于其特殊的4f亚电子层结构，较大的原子磁矩，多变的配位数和晶体结构，为其作为掺杂剂对材料进行提高改性提供了可能。另一方面，稀土元素的掺杂对于材料的吸波性能有着明显的改善：引入稀土元素后，会使晶体的磁晶各向异性场增强，畴壁位移的阻力大大增加，磁性材料的矫顽力会得到提高，从而有利于材料磁滞损耗的提高；稀土元素的引入和氢气环境下的退火会导致晶格畸变，同时也引入了氧空位，位错等缺陷，增加了材料的介电损耗和电导损耗，同时在一定程度上也可以提高多次散射损耗和谐振损耗；添加稀土元素可以提高晶界磁畴活性,增加了畴壁共振和自然共振，稀土元素会与其他元素产生相互作用，使得材料在自然共振、畴壁共振和交换共振的共同作用下，更有利于拓宽的有效吸收频带。

4、发明人尝试过制备镧元素掺杂w型钡铁氧体作为吸波材料，虽然具有比较高的吸波性能，但是有效吸收带宽为0.62ghz，吸收带宽较窄，所以对微波信号的吸收能力还难以满足很多领域的实际需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体及其制备方法与应用。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，包括如下步骤：

4、制备镧取代w型钡铁氧体，将镧取代w型钡铁氧体在富氢气气氛下进行二次退火热处理，退火温度为100-1000℃，退火时间为0.5-10h。

5、在退火过程中，一方面，高温会加剧由于镧离子取代造成的晶格畸变，另一方面，氢气也会还原一部分晶格中的镍和氧，进一步加剧了晶格缺陷，缺陷的产生和加剧会提高材料对电磁波的极化损耗，提高材料的吸波性能，附在晶体上的镍和氧空位的产生在一定程度上也增强了材料的导电性，对电磁波的电导损耗能力增强，因此氢气气氛下二次退火处理可以增强w型钡铁氧体(ba0.8la 0.2ni2fe15.4o27)对电磁波的损耗吸收能力。

6、将定量镧元素在原子层面掺杂进入w型铁氧体，在氢气环境下进行退火，人为制造氧空位等缺陷提高对电磁波的损耗，得到改性镧取代w型铁氧体(ba0.8la 0.2ni2fe15.4o27)，增强w型铁氧体的介电损耗，并用作电磁波吸收剂，使其同时具备良好的阻抗匹配和较强的损耗能力，在薄厚度下具有较强吸波性能。

7、通过处理，其电磁波吸收性能有了提升，有效吸收带宽有了大幅提高，并且根据温度和气氛的不同，实现了可调控。本发明合成方法简易，效果显著，w型制备方法具体采用溶胶凝胶法，所制备退火稀土离子取代w型钡铁氧体成分稳定，简单快捷。

8、本发明所制得的退火改性镧取代w型钡铁氧体，优化了材料的吸波性能，多种机制综合作用，提高了对电磁波的吸收能力；另一方面，通过调节退火温度，退火气氛等条件的控制和镧掺杂量大小的控制实现了吸波性能的调节，并且拥有了对电磁波吸收的多种调控手段。

9、在一些实施例中，退火温度为300-500℃，进一步优选为400℃。

10、优选的，退火时间为1-6h，进一步优选为1-2h。

11、在一些实施例中，对镧取代w型钡铁氧体进行退火改性时，升温速率为1-10℃/min，优选为5℃/min。

12、在一些实施例中，所述富氢气气氛中，氢气的浓度为5％-30％，％为体积百分数。

13、优选的，所述富氢气气氛中还包括惰性气体或/和硫化氢气体。

14、进一步优选的，所述惰性气体为氮气、氩气或氦气。

15、在一些实施例中，所述镧取代w型钡铁氧体的组成为ba1-xla xni2fe15.4o27，x＝0.001-0.5。

16、优选的，所述镧取代w型钡铁氧体的组成为ba0.8la0.2ni2fe15.4o27。

17、优选的，所述镧取代w型钡铁氧体的制备方法为：将镧盐和相应金属盐按照化学式配比分散在柠檬酸溶液中，进行搅拌加热反应，得到胶状体；将所述胶状体进行加热煅烧，即得。

18、镧盐为硝酸镧；镍盐为硝酸镍；铁盐为硝酸铁；钡盐为硝酸钡。

19、进一步优选的，所述煅烧的温度为1200-1300℃，煅烧时间为2-4h。

20、第二方面，本发明提供一种氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体，由所述制备方法制备而成。

21、第三方面，本发明提供所述氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体在电磁波吸收领域中的应用。

22、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

23、本发明所制得的退火改性镧取代w型钡铁氧体(ba1-xlaxni2fe15.4o27)，二次退火之后，电子和空穴浓度的增加提升了载流子的迁移率，同时，还原气氛下部分金属氧化物被还原成金属，增加了材料的导电率，对电磁波的电导损耗增强。此外，由于稀土原子进入晶格，由于离子半径的不同造成了晶格畸变，引入了缺陷，二次退火之后这种畸变进一步被强化，与完美晶体相比，缺陷会造成偶极子的聚集，从而增加了极化损耗。

24、对比现有技术，本发明合成退火改性镧取代w型钡铁氧体(ba1-xlaxni2fe15.4o27)，吸波性能优良，方法简易。制备的材料吸波效果可调控，有望在制备电磁波吸收材料中得到更广泛的应用。

25、所制得的退火改性镧取代w型钡铁氧体(ba0.8la0.2ni2fe15.4o27)，在氢气气氛下退火时吸波性能最好，对电磁波的最大反射损失达-49.8db，在匹配厚度为4.82mm时，有效吸收带宽为2.4ghz；匹配厚度为7.88mm时，有效吸收带宽为2.96ghz。退火处理后材料的介电损耗和导电损耗有所增加，有效吸收带宽增加，提高了吸波性能，拓宽了材料的应用。

技术特征：

1.一种氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：退火温度为300-500℃，优选为400℃。

3.根据权利要求2所述的氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：退火时间为1-6h，优选为1-2h。

4.根据权利要求1所述的氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：对镧取代w型钡铁氧体进行退火改性时，升温速率为1-10℃/min，优选为5℃/min。

5.根据权利要求1所述的氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：所述富氢气气氛中，氢气的浓度为5％-30％，％为体积百分数。

6.根据权利要求5所述的氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：所述富氢气气氛中海包括惰性气体或/和硫化氢气体；

7.根据权利要求1所述的氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：所述镧取代w型钡铁氧体的组成为ba1-xla xni2fe15.4o27，x＝0.001-0.5；

8.根据权利要求7所述的氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：所述镧取代w型钡铁氧体的组成为ba0.8la0.2ni2fe15.4o27。

9.一种氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体，其特征在于：由权利要求1-8任一所述制备方法制备而成。

10.权利要求9所述氢气退火改性镧取代w型钡铁氧体在电磁波吸收领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种氢气退火改性镧取代W型钡铁氧体及其制备方法与应用，包括如下步骤：制备镧取代W型钡铁氧体，将镧取代W型钡铁氧体在富氢气气氛下进行二次退火热处理，退火温度为100‑1000℃，退火时间为0.5‑10h。在退火过程中，一方面，高温会加剧由于镧离子取代造成的晶格畸变，另一方面，氢气也会还原一部分晶格中的镍和氧，进一步加剧了晶格缺陷，缺陷的产生和加剧会提高材料对电磁波的极化损耗，提高材料的吸波性能，附在晶体上的镍和氧空位的产生在一定程度上也增强了材料的导电性，对电磁波的电导损耗能力增强，因此氢气气氛下二次退火处理可以增强W型钡铁氧体(Ba<subgt;0.8</subgt;La <subgt;0.2</subgt;Ni<subgt;2</subgt;Fe<subgt;15.4</subgt;O<subgt;27</subgt;)对电磁波的损耗吸收能力。

技术研发人员：曾志辉,王龙,刘久荣,刘伟,吴娜
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25