[发明专利]一种具有多级微结构分布的钛酸钡/四氧化三钴复相毫米波吸波粉体及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多级微结构分布的BaTiO₃/Co₃O₄复相毫米波吸波粉体及制备方法，该复相粉体首先通过溶胶‑凝胶法制得前驱体粉末，接着经球磨后，在高温炉中进行包括分解、控制成核、致密生长等多步调控热处理过程，获得复相烧结样品；最后经控制球磨，获得多级微结构分布的复相吸波粉体。本发明成功实现了BTO/Co₃O₄复相粉体吸波材料在毫米波特征频段下的电、磁参数共振现象，其吸波频带在典型毫米波窗口频率的35GHz左右，频带宽度可达5GHz；RL值达到‑40dB；本发明复相毫米波吸波粉体材料的制备工艺简单，成本低廉，可在毫米波电磁屏蔽和隐身领域得到广泛应用。

技术领域

本发明属于吸波材料领域，具体涉及一种具有多级微结构分布的钛酸钡/四氧化三钴(BaTiO₃/Co₃O₄)复相毫米波吸波粉体及制备方法。这种吸波材料的吸波特性由体系的电磁共振控制。

背景技术

信息时代的到来使得无线电应用技术的飞速发展，电磁波的应用越来越广泛，如毫米频段就是目前电磁波应用的一个重要频率范围。电磁波在给我们的生活带来很大便利的同时，也带来了严重的影响。电磁波探测技术的发展使得国防安全面临着威胁，电磁辐射与干扰已经对人类健康、环境安全、社会发展、生产过程等也造成了严重威胁。

近年来，电磁波吸收材料越来越受到广泛的关注，许多研究人员致力于减少电磁波污染以及在军事隐身等领域的应用的研究。我们知道，理想的吸波材料需要反射损耗大，吸波频带宽，质量轻，厚度薄。根据吸波机理，电磁波入射到材料表面时，一部分进入材料内部，一部分在表面发生反射。进入材料内部的电磁波，一部分在材料内部发生多次反射而变成热量损耗，被材料吸收；另一部分则从材料内部反射回去。为了实现优异的吸波性能，要求电磁波尽可能多的入射进入材料内部，减少在材料表面的反射，也即需要材料具备良好的阻抗匹配，使ε_r尽量趋向于与μ_r相等；同时，进入材料的电磁波能够尽可能多的被损耗掉，尽量减少电磁波穿透材料及再次经内部而反射，即具有更高的磁、电损耗ε和μ，提高材料对电磁波的衰减能力，以保证高的反射损耗。

为了同时实现介电和磁性能的匹配和达到高的吸收性能，目前通常采用复合的方法尽量将满足匹配关系的介电和磁性材料进行复合，通过充分发挥复合体系中各组成相的性能优势，获得优异的吸波性能。然而，根据复合定律，复相体系中，如钛酸钡和氧化钴两相的共存，复相材料的介电性能和磁性能都会因为某一相含量的减少而对应下降；更进一步，作为介电相的介电常数ε_r尤其在高频电磁波频率下，很难满足与铁磁相的磁导率相等μ_r以达到优异的匹配性能。可见，保证在高频电磁波频段下控制使复相体系ε_r与μ_r相等是解决吸波体系在高频下具有优异吸波性能的关键之一。为此，人们对复相体系在吸波材料中的应用进行了大量研究，但是现有的复相吸波体系研究主要集中在18GHz以下。Zheng Peng等[Journal of Materials Science:Materials in Electronics,2016,27(2):1304-1313]通过改进各相之间的接触界面，增强界面极化改善吸波性能。黄婉霞等[四川联合大学学报(工程科学版)，1998，2(6)，110-113]制备了PZT/Ni-Zn铁氧体复合材料，通过实现在1MHz～1GHz的低频率下的磁导率和介电常数调节，提高了在低频段(100MHz以下)的吸波能力。M.C.Duan等[Journal of Applied Physics,2014,115:174101]通过SmCo涂层的单壁纳米管(SmCo@SWCNTs)与纳米镍锌铁氧体复合，通过改善阻抗匹配增强性能，获得在13.3GHz时具有较宽吸波频带的吸波性能。可见，尽管针对这一问题，对复相材料已经进行了多方面的研究，但由于在高频下这两个关键参数相差太大，而且介电性能和磁性能又是具有对电场和磁场分别响应的两个完全不同的参数，因而通过包括调整组成、参杂改性、结构设计等多种方法仍然无法彻底解决两者之间的不匹配问题。