铁氧体复合吸波材料研究新进展随着现代精确制导武器迅速发展，使得各种武器的命中率提高了1～2个数量级，给武器的生存造成了极大的威胁，因此武器的隐身势在必行。

隐身技术(stealth technology)作为提高武器系统生存和突防能力，提高武器装备隐身能力，提高总体作战效能的有效手段，受到世界各军事大国的高度重视，与激光武器、巡航导弹被称为军事科学上最新的三大技术成就[1]。

1. 隐身技术及材料概述现代隐身技术是指综合利用流体动力学、材料学、电子学、光学、声学等领域的先进技术，在一定范围内降低目标的可探测信息特征，从而使敌方探测系统不易发现、跟踪和攻击，减小目标被敌方信号探测设备发现概率的综合性技术。

按目标特征分类，可分为可见光隐身技术、雷达或微波隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术和声波隐身技术，其中雷达隐身占60%以上[1]，因而雷达波隐身技术是当前隐身技术研究的重点。

目前隐身技术主要依靠各种隐身涂料，散射或损耗雷达波以达到隐身的目的。

按涂料隐身原理，雷达隐身涂料又可分为透波材料和吸波材料(Absorbing Material) [2]，其目的都是最大限度地减少或消除雷达对目标的探测特征。

透波材料由一些非金属材料和绝缘材料组成，是一种对电磁波很少发生作用或不发生作用而对其保持透明状态的非金属类复合材料，其导电率要比金属材料低得多。

因此当雷达发射的电磁波碰到复合材料时，难以感应生成电磁流和建立起电磁场，所以向雷达二次辐射能量少。

吸波材料则吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量消耗而不反射。

目前用于材料隐身的雷达吸波材料已达十几种之多，与透波材料相比，吸波材料研究得更为成熟。

应用较多的吸波材料有铁氧体、金属微粉、导电高聚物、铁电吸波材料及纳米吸波材料。

2 铁氧体吸波材料研究把铁氧体作为微波吸收材料始于20世纪40年代初期，是研究较多而且比较成熟的吸波材料。

按晶体结构分主要有尖晶石型、磁铅石型和石榴石型三大类，目前，应用于吸波涂料的主要是前两类。

其中又以六角晶系磁铅石型吸波材料的性能最好。

这是因为六角晶系磁铅石型铁氧体具有片状结构，而片状是吸收剂的最佳形状；其次是它具有较高的磁性各向异性等效场，因而有较高的自然共振频率。

磁铅石型铁氧体属于六角晶系，共有六种相似结构的六角晶系铁氧体[3]，分别为M、W、X、Y、Z、和U型。

如表1所示。

表1 磁铅石型铁氧体的晶体结构Table 1 Crystal structure of magneto-plumbite type ferrite符号分子式晶胞结构氧密集层M AFe12O19(B1S4)210W AMe2Fe16O27(B1S6)214X A2Me2Fe23O46(B1S4 B1S6)336Y A2Me2Fe12O22(B2S4)318Z A3Me2Fe24O41(B2S4B1S4)222U A4Me2Fe36O60(B4S2 B1S4 B1S4)248 （其中A= Ba、Sr、Pb等，Me＝Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Mg等）铁氧体作为吸波材料的损耗机理主要在于其磁性能：其内部存在着自发极化的小区域—磁畴。

在未加外加磁场磁化的铁磁体中磁畴取向杂乱，它们在宏观上并不显示磁性。

当磁体处于外加磁场作用下时，畴壁会发生移动，转向外加磁场方向的磁畴增加，最终整体将成为一个磁畴，达到饱和状态。

磁性介质在交变磁场的作用下产生能量损耗的机制有[4]：(1)磁滞损耗：磁通密度变化时，材料会吸收能量，外加磁场每走完一个循环，材料吸收能量等于磁滞回线的面积。

产生磁滞损耗的内在机理为畴壁的非可逆移动。

(2)涡流损耗：当导体中通过的磁通量随时间变化时，导体内部就会有涡流产生，因而产生涡流损耗。

(3)剩磁效应：磁体中磁通密度的变化比外加磁场要滞后一个相位角，外加磁场变化为零，磁体中的磁通密度却不为零，产生了剩磁，若要使磁通密度变为零，须外加反向的磁场，这个消除剩磁的过程会消耗磁场的能量。

(4)磁共振：磁体中磁偶子以固有频率振动，若外加磁场与其频率相同，将引起磁共振，从而导致材料对电磁波的强烈吸收。

铁氧体吸波材料具有吸收强、频带较宽及成本低的特点，但也存在密度大、高温特性差等缺点，复合材料的研究成为材料科学与工程领域的研究热点。

如铁氧体与羰基铁粉、铁粉、镍粉、铁电材料、导电高聚物、碳化硅等形成复合吸波材料[5-6]。

下面就铁氧体吸波材料的研究热点的最新进展作简要介绍。

2.1 纳米铁氧体吸波材料由于纳米吸波材料一方面由于纳米粒子尺寸远小于雷达波长，纳米材料对此范围的波透过率比一般材料要强得多，这大大减少了波的反射率，使得雷达接收到的反射信号微弱，从而达到隐身的目的[7]；另一方面，纳米粒子的比表面积比常规粉体大3～4个数量级，对电磁波的吸收率也比一般材料大得多，这就使得雷达得到的反射信号强度大大降低，很难被发现。

文献8等人采用硬脂酸凝胶法制备BaCo-U型纳米晶粉末，并且随热处理温度提高，粉末形状由球形变为立方体。

所制得的纳米晶尺寸为80nm时矫顽力达到最大值，接着会随着颗粒尺寸减小而显著下降，是由铁磁粉单畴颗粒内部的分布杂乱无章引起超顺磁性导致。

文献9采用水热法制备了粒径为6-16nm的Mn-Zn铁氧体纳米颗粒，并对产物进行多种表征。

结果表明：锰锌铁氧体的居里温度随着锌的含量的增加而单调降低，磁化强度先随着锌的含量增加而增大，当锌相对含量>0.6时，磁化强度随着锌含量的增加而减小。

同时测量Mn-Zn铁氧体的饱和磁化强度并计算磁矩，其值为1.01×10-19A·m2。

文献10采用化学共沉淀法，通过正交试验确定了最佳合成方法。

同时利用多种仪器进行表征，表明制备的样品为尖晶石结构，平均粒径7.7nm，大小均匀，比饱和磁强度为65.7563 Am2/kg，具有良好的超顺磁性。

2.2 掺杂铁氧体研究在表1中Me可有Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Mg等元素取代，同时大多数稀土元素具有较强的磁晶各向异性和高的饱和磁化强度，是纳米复合铁氧体吸收剂的重要添加剂之一。

离子取代能够改变铁氧体材料的结构，从而改变其磁晶各向异性场和比饱和磁化强度，以达到调整铁氧体微波吸收性能的目的。

而少量稀土元素的掺入能有效调整铁氧体的微波电磁参数，使自然共振频率向高频移动，并明显提高样品的高频弛豫特征，同时减小复介电常数，以利于阻抗匹配[11]。

文献12通过传统陶瓷法制备出一系列掺杂(元素Zn及Mg)W型铁氧体，并研究温度和成分对样品微观结构和磁性的影响。

在温度范围为300K-800K内对样品进行检测，发现：由于Zn2+和Mg2+离子在晶格内的分布状态不同，导致磁化率随着温度改变而变化，同时有效磁矩出现不规则现象。

文献13采用溶胶凝胶法合成掺杂稀土La3+的磁铅石型Z型铁氧体，确定了稀土六方铁氧体Ba3-x La x Co2Fe24O41中La3+的最大掺杂摩尔分数，并对其电磁特性及吸波特性进行了表征。

结果表明：稀土La3+的最大掺杂摩尔分数X为0.30，实验发现随着La3+的加入，降低了Co2Z铁氧体的磁化强度和矫顽力，改善了材料的磁性；在2.0～10.0GHz的频率范围内，吸波性能随着La3+量的增加而提高。

文献14利用共沉淀法制备Ba(MnZn)0.3Co1.4R0.01Fe15.99O27铁氧体，并研究稀土元素镝(Dy)、钕(Nd)和镨(Pr)掺杂对微波特性的影响，结果表明：微量稀土元素能够取代Fe3+和调整微波电磁参数。

自然共振频率向高宽频移动，同时减小复介电常数。

Dy掺杂铁氧体复合体有优良的微波吸收特性。

用数值计算模拟方法得到铁氧体的反射率曲线：当反射衰减为-10dB时，频率始于9.9GHz，且带宽远远大于8.16GHz，同时在匹配厚度为2.1mm时出现吸收峰值达-51.92dB。

文献15在Ni-Zn铁氧体中掺杂少量镧和镓的氧化物，制备出复合体Ni0.5Zn0.5Fe2-x R x O4（R=La或Ga，x=0～0.04），结果发现：随着R3+取代部分Fe3+，铁氧体的晶格常数增加，相应的铁氧体密度降低，并导致其电阻率升高。

在1～300MHz的范围内，随着稀土元素的加入量不断增加，磁导率的实部减小，但磁损耗角正切tgδm仍下降，这主要是由于电阻率的升高，导致Ni-Zn稀土铁氧体的涡流损耗减少。

2.3 铁氧体与铁电材料复合利用铁电材料具有的较大的电滞损耗，铁磁材料具有较大磁滞损耗的特点，将两者复合，使其兼具两种材料的损耗特点，有望获得具有较大电磁波吸收能力，同时可实现阻抗匹配的新型材料。

文献16利用sol-gel法并通过原位复合制备具有铁电性能的PbTiO3与NiFe2O4和PbFe12O19多相复合体系陶瓷粉体。

表明在700℃时可控制形成纯铁电(PbTiO3)/铁磁(NiFe2O4)两相复合体系，在750℃以上则形成铁电(PbTiO3) /铁磁(NiFe2O4和PbFe12O19)三相复合体系。

热处理温度对多相复合体系晶相的形成和生长产生关键性作用。

文献17制备并表征磁电复合材料0.5BaTiO3/0.5Ni0.5Zn0.5Fe2O4。

利用下面两种方法制备双相陶瓷：(1)将两种粉体BaTiO3与Ni0.5Zn0.5Fe2O4进行混合；(2)分别将Fe、Ni与Zn盐溶解于含有BaTiO3颗粒的溶液中。

利用此两种方法制得两相复合物具有均匀的微观结构和较高密度，同时还具有较的高磁矩。

同时表明该复合物的磁性主要由铁氧体的密度、性质及两相混合程度决定。

文献18合成了一系列铁电/铁磁复合材料，研究结果表明复合材料中只含有钙钛矿结构的BaTiO3和尖晶石结构的NiFe2O4，这说明共烧过程中两者没有发生明显的化学反应。

性能测试表明，这种由BaTiO3和NiFe2O4共同组成的复合物对外同时表现出铁电性和铁磁性。

文献19采用陶瓷工艺制备Co2Z六角铁氧体，二次球磨时掺杂少量铁电材料BST(BaSrTiO3)，对比研究了BST的掺杂对Z型和M型铁氧体在1MHz-1GHz频率范围内相对复磁导率(μr = μr′-iμr″)的影响。

BST的掺杂使Z型铁氧体μr增大，共振频率点移向低频；使M型铁氧体的μr减小，共振频率点移向高频。

通过对其微观结构和磁参数的测试分析，讨论了BST掺杂对Z型和M型铁氧体复磁导率不同影响的作用机理。

2.4 铁氧体与导电聚合物复合作为吸收剂的导电聚合物主要有聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等，它的结构特点是具有二电子共扼体系。

有研究表明：当导电聚合物处于半导体状态时对微波有较好的吸收，其机理类似介电损耗型吸波材料的机理[27]。

这类化合物作为吸收剂主要是利用其共扼二电子的线性或平面构型与高分子电荷转移给络合物的作用设计导电结构，这些导电聚合物的纳米微粉具有非常好的吸波效果，与纳米铁氧体吸收剂复合后吸波效果更好。