单相多铁微波吸收材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单相多铁微波吸收材料NdBi6Ti3(Fe1‑xCox)3O21(x＝0.25‑0.3)及其制备方法，该微波吸收材料因其层状钙钛矿共生结构特征且由钕化学修饰，结构内存在铁氧八面体与钴氧八面体结构单元相互作用，显示出优异的多铁性能。基于这些物理特性，该材料在2‑18GHz微波范围内表现出良好的微波吸收特性，吸收强度高且吸收频带宽，远优于部分碳/铁氧体复合材料的微波吸收性能；且其制备方法操作简单，实验周期短，利于大规模生产，具有广阔的应用前景。

Single phase multiferroic microwave absorbing material and preparation method thereof

The invention discloses a single-phase multi-iron microwave absorbing material NdBi6Ti3 (Fe1_xCox) 3O2 1 (x=0.25_0.3) and a preparation method thereof. The microwave absorbing material is chemically modified by neodymium because of its layered perovskite symbiotic structure, and the structure has the interaction between the ferrite octahedron and the cobalt-oxygen octahedron structure unit, showing excellent multi-iron. Performance. Based on these physical properties, the material exhibits good microwave absorption characteristics in the range of 2 18 GHz, high absorption strength and wide absorption bandwidth, which is far superior to the microwave absorption properties of some carbon/ferrite composites; moreover, the preparation method is simple and the experimental period is short, which is conducive to large-scale production and has broad application. Prospects.

【技术实现步骤摘要】
单相多铁微波吸收材料及其制备方法
本专利技术涉及一种微波吸收材料及其制备方法，尤其涉及一种具有单相层状钙钛矿共生结构的多铁微波吸收材料及其制备方法，属于功能材料

技术介绍
随着电子工业的发展，关于电磁干扰、信息安全、人员安全等问题越来越凸显，其中电磁干扰屏蔽和微波吸收问题因其存在新奇物理特性和潜在商业价值，一直备受科学家们的关注。理想的微波吸收材料通常要求具有良好的热稳定性、抗氧化能力、低密度、宽吸收频带和高的吸收强度，该领域中研究最广泛的材料是磁性铁氧体体系材料，因为这类材料具有高阻值和优异的磁损耗，但同时这类材料也具有易氧化、易凝聚且密度高的缺点，因此一直阻碍其实用化。随后，科学家们关注通过碳纳米管与磁性铁氧体纳米材料复合形成的纳米复合材料，这些纳米复合材料具有热稳定性高、密度低、电导高等性能优点，能够展示出优异的微波吸收特性，具有很好的潜在应用，但不足的是，大面积制备碳材料比较昂贵，且制备过程复杂、不易控制，因此需要探索低成本、易制备、吸收强度高且吸收频带宽的新型微波吸收材料。众所周知，电偶极子和磁偶极子是两类强的微波吸收体。多铁性材料通常指同一个相中包含两种或者两种以上基本铁性(铁电性、铁磁性/反铁磁性、铁弹性等)。磁电多铁性材料在单相中能同时具有铁电性(电偶极子)和铁磁性/反铁磁性(磁偶极子)，也可以利用耦合机制实现电磁之间转换。这些暗示了磁电多铁材料可以在单相材料中同时实现两类微波吸收体对微波的吸收，很可能是一类具有良好微波吸收特性的微波器件材料。遗憾的是，关于磁电多铁性材料的微波吸收特性研究只集中在具有铁电性和反铁磁性的铁酸铋(BiFeO3)材料上。已有报道证明，铁酸铋纳米材料具有固有的微波吸收特性，最好的反射损耗值是-17dB，远高于碳纳米管与磁性铁氧体纳米复合材料的反射损耗值-30dB。因此，探索其它的磁电多铁性材料的微波吸收特性至关重要，也已成为研究者关注的科研焦点。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种单相多铁微波吸收材料及其制备方法，其单相特征使材料制备工艺简单，利于大规模化应用；其多铁性能够同时实现电偶极子和磁偶极子的微波吸收，使材料显示出优异的微波吸收特性。本专利技术的技术方案是：本专利技术提供了一种单相多铁微波吸收材料，该材料的化学式如式(Ⅰ)所示：NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25-0.3)(Ⅰ)。更进一步的，所述材料的结构为具有单相共生层状钙钛矿层的结构，该具有单相共生层状钙钛矿层结构为具有四层钙钛矿层和五层钙钛矿层无序共生状态的单相结构。本专利技术所述的单相多铁微波吸收材料是一类Aurivillius相铋层状钙钛矿氧化物，X取值范围为0.25到0.3。在该范围内，材料处在均相五层与均相四层钙钛矿结构转变区间，具有四、五钙钛矿层无序共生结构特征。此结构属于单相层调制相结构，且结构内部存在铁氧八面体和钴氧八面体结构单元，使得材料具有优良的铁电性和铁磁性；此外采用钕进行化学修饰有助于材料降低漏电流，能够提升材料的物理性能。最终使得该调制结构材料能够表现出优异的铁电性、介电性和铁磁性，进一步显示出优异的微波吸收性能。本专利技术还提供了一种上述单相多铁微波吸收材料的制备方法，该制备方法包括下述步骤：(1)将钛酸正丁酯、含铋化合物、含钕化合物、含铁化合物、含钴化合物和络合剂在硝酸稀液中按化学计量比混合，得到混合溶液；(2)用氨水将步骤(1)中所得混合溶液的pH值调整至中性，搅拌，得到澄清溶液，然后将该澄清溶液蒸干、预烧，得到初级粉体；(3)将步骤(2)中所得初级粉体压片成型、热压烧结，得到所述单相多铁微波吸收材料。更进一步的，步骤(1)中钛酸正丁酯、含铋化合物、含钕化合物、含铁化合物和含钴化合物中钛、铋、钕、铁、钴的摩尔比为3:6:1:(3-3x):3x，x为0.25-0.3。步骤(1)中所述含铋化合物为五水合硝酸铋，所述含钕化合物为六水合硝酸钕，所述含铁化合物为九水合硝酸铁，所述含钴化合物为六水合硝酸钴，所述络合剂为柠檬酸和乙二胺四乙酸。步骤(2)中所述预烧温度为700-750℃，预烧时间为2～5h。步骤(3)中所述烧结温度为850-900℃，烧结时间为3-6h，烧结气氛为氧气和氩气按照体积比为(3-5):1形成的混合气氛，且烧结过程中热压压力为12-13MPa；其中混合气氛中氧气和氩气的体积比最优为4:1，烧结过程中热压压力最优为12.56MPa。本专利技术的单相多铁微波吸收材料NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25-0.3)可以作为优良微波吸收剂，其微波吸收性能参数可以采用矢量网络分析仪分析测量并通过同轴线理论计算得出。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术提供了一种具有层状钙钛矿共生结构的单相多铁微波吸收材料NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25-0.3)，该材料因其层状钙钛矿共生结构特征且由钕化学修饰，结构内存在铁氧八面体与钴氧八面体结构单元相互作用，显示出优异的介电性、铁电性和铁磁性。基于这些物理特性，该材料在2-18GHz微波范围内表现出良好的微波吸收特性，吸收强度高(最佳反射损耗峰都低于-30dB)，吸收频带宽(反射损耗低于-20dB的频带宽度高于10GHz)，远优于部分碳/铁氧体复合材料的微波吸收性能；且其制备方法操作简单，实验周期短，利于大规模生产，具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例中NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.2-0.4)材料的X射线图；图2是本专利技术实施例中NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.0-1.0)材料的结构示意图与实物图；图3是本专利技术实施例中NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25)材料的铁电性和铁磁性结果；图4是本专利技术实施例1中NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25)材料厚度为3.3mm条件下的电磁参数结果；图5是本专利技术实施例1中NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25)材料厚度为3.3mm条件下的微波反射损耗结果；图6是本专利技术实施例1中NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25)材料涂层厚度d与微波反射损耗之间的关系；图7是本专利技术实施例2中NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.3)材料厚度为3.3mm条件下的电磁参数结果；图8是本专利技术实施例2中NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.3)材料厚度为3.3mm条件下的微波反射损耗结果。具体实施方式为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本申请实施例公开一种如式(Ⅰ)所示的单相多铁微波吸收材料：NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25-0.3)(Ⅰ)。本申请实施例提供了一种如式(Ⅰ)所示的单相多铁微波吸收材料的制备方法，该制备方法包括下述步骤：(1)将钛酸正丁酯、含铋化合物、含钕化合物、含铁化合物、含钴化合物和络合剂在硝酸稀液中按化学计量比混合，得到混合溶液；其中钛酸正丁酯、含铋化合物、含钕化合物、含铁化合物和含钴化合物中钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相多铁微波吸收材料，其特征在于，所述材料的化学式如式(Ⅰ)所示：NdBi6Ti3(Fe1‑xCox)3O21(x＝0.25‑0.3)  (Ⅰ)。

【技术特征摘要】
1.一种单相多铁微波吸收材料，其特征在于，所述材料的化学式如式(Ⅰ)所示：NdBi6Ti3(Fe1-xCox)3O21(x＝0.25-0.3)(Ⅰ)。2.根据权利要求1所述的单相多铁微波吸收材料，其特征在于：所述材料结构为具有单相共生层状钙钛矿层结构。3.根据权利要求2所述的单相多铁微波吸收材料，其特征在于：所述具有单相共生层状钙钛矿层的结构为具有四层钙钛矿层和五层钙钛矿层无序共生状态的单相结构。4.一种权利要求1至3中任一权利要求所述单相多铁微波吸收材料的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：(1)将钛酸正丁酯、含铋化合物、含钕化合物、含铁化合物、含钴化合物和络合剂在硝酸稀液中按化学计量比混合，得到混合溶液；(2)用氨水将步骤(1)中所得混合溶液的pH值调整至中性，搅拌，得到澄清溶液，然后将该澄清溶液蒸干、预烧，得到初级粉体；(3)将步骤(2)中所得初级粉体压片成型...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙书杰，王文燕，张林，田永尚，肖振宇，李彦磊，赵志强，程念，房良，訾威，孙柱柱，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41