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铁氧体吸波材料的研究进展 物理科学与技术学院 凝聚态物理 罗衡 102211013()不仅会影响各种电子设备的正常运行，而且对身体健康也有危害。在军事高科技领域，随着世界各国防御体系的探测、跟踪、攻击能力越来越强，陆，海、空各军兵种军事目标的生存力，突防能力日益受到严重威胁；作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段之一的隐身技术，正逐渐成为集陆、海、空、天、电、磁五位一体之立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术手段。 目前一般采用的手段是利用电磁屏蔽材料的技术，来进行抗电磁干扰和电磁兼容设计，但是屏蔽材料对电磁波有反射作用，可能造成二次电磁辐射污染和干扰，所以最好的解决办法是采用吸波材料技术，因为吸波材料可以将投射到它表面的电磁波能量吸收，并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[1-3]。 用于隐身技术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，其中应用较广的几类吸波材料有铁氧体、金属微粉、纳米吸波材料、导电高聚物和铁电吸波材料等。在众多吸波材料中，磁性吸波材料具有明显优势，而且将是主要的研究对象。磁性吸波材料主要包括铁氧体、超细金属粉、多晶铁纤维等几类。其中金属吸收剂具有使用温度高、饱和磁化强度和磁损耗能力大等特点，但也存在一些自身的缺点：如频率展宽有一定难度，这主要是由于其磁损耗不够大，磁导率随频率的升高而降低比较慢的缘故；化学稳定性差；耐腐蚀性能不如铁氧体等[4]；而对于铁氧体来说，除了具有吸收强、吸收频带宽、成本低廉、制备工艺简单等优点外，还因为具有较好的频率特性(其相对磁导率较大，而相对介电常较小)，更适合制作匹配层，相对于高介电常数高磁导率的金属粉，在低频率拓宽频带方面，更具有良好的应用前景[5-8]。 本文针对铁氧体吸波材料的工作原理、研究进展作系统的介绍，并指出了铁氧体吸波材料的发展趋势。 1 铁氧体吸波材料的工作原理 铁氧体吸波材料既是具有磁吸收的磁介质又是具有电吸收的电介质，是性能极佳的一类吸波材料。在低频段，主要来源于磁滞效应、涡流效应及磁后效的损耗造成铁氧体对电磁波的损耗；在高频段，铁氧体对电磁波的损耗则主要来源于自然共振损耗、畴壁共振损耗及介电损耗[9-10]。 1.1 电损耗机制 介电损耗是微波铁氧体中电损耗的主要原因，电荷不能像导体那样通过处于电场中的电介质，但在电场作用下电荷质点会发生相互位移，使得正负电荷中心分离，形成许多电偶极子，此过程即为极化。在发生极化的过程中，以热的形式损耗掉的部分电荷即产生电损耗。一般认为多晶电磁介质的极化主要来源于电子极化、离子极化、固有电偶极子取向极化和界面极化四种机制[11-12]。 晶格空位、介电体的不均匀性以及高导电性(如)的存在是固有电偶取向极化引起介电损耗的主要原因；由界面极化引起介电损耗的主要原因是高电导率的零相弥散分布[13]。铁氧体的介电损耗基本上是由于两种价态铁的存在（即和）所造成的电子过剩，则电子会从一种铁离子跑到另一种铁离子上去，在此过程中会造成一些传导和介电损耗。 1.2 磁损耗机制 磁损耗即为磁性材料在交变磁场中产生的能量损耗，主要由磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗引起。 1.2.1 磁滞损耗 磁滞损耗是指在不可逆跃变的动态磁化过程中，克服各种阻尼作用而损耗了外磁场供给的一部分能量。磁滞回线的面积在数值上等于每磁化一周的磁滞损耗的数值，即： 降低磁滞损耗的方法是减小铁磁材料的矫顽力，矫顽力降低使磁滞回线变窄，它所谓的面积减小，从而降低磁滞损耗。 1.2.2 涡流损耗 将导体放置于变化的磁场时，在导体内部会产生感应电流即涡流，涡流不能像导线中的电流那样输送出去，而是使磁芯发热造成能量损耗，即涡流损耗。若材料的厚度为，电阻率为，引入常数，则一个周期内材料的涡流损耗可表示： 可以看出，涡流损耗与交变磁场频率成正比，与厚度的平方成正比，与电阻率成反比。由于W型六角晶系铁氧体材料具有很高的电阻率，因此其涡流损耗系数很小，此外，频率对铁氧体涡流损耗的影响也不大。 3、剩余损耗 剩余损耗是指除了涡流损耗和磁滞损耗以外的其它所有损耗，来自磁化弛豫过程。不同材料在不同的频率范围，剩余损耗的机理不同由于其磁化弛豫过程的机理不同。在低频弱场中，剩余损耗主要是磁后效损耗。在高频情况下，尺寸共振损耗、畴壁共振损耗和自然共振损耗等均属于剩余损耗的范畴。 综上所述，要得到高损耗的铁氧体吸收剂，途径有： 1) 增大铁磁体的饱和磁化强度； 2) 增大阻抗系数； 3) 减小磁晶各向异性场； 由于共振频率与磁晶各向异性场成正比，所以可以通过改变铁磁体的磁晶向异性场，来实现对材料吸收波段的控制，在实际制备操作过