一种镨掺杂锶铁氧体吸波材料及其制备方法

本发明属于电磁波吸收材料领域，尤其涉及一种镨掺杂锶铁氧体吸波材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，m型六铁氧体(mfe12o19，m＝sr，ba，pb)因其相对较低的价格、高饱和磁化(ms)能力、高矫顽力、高电阻率和耐腐蚀性以及优异的化学稳定性而受到了广泛关注，并已广泛应用于微波器件、磁光学、磁记录介质以及永磁体形式的高频装置等领域。

2、m型六角铁氧体被广泛用作微波吸收材料(emw)，它可以吸收微波并将其转化为热量或其他能量。根据物理原理，电磁波吸收通常包括磁损耗型和介电损耗型。尽管多年来研究人员已经合成了各种微波吸收材料。然而，铁氧体，尤其是尖晶石和六角铁氧体作为传统的磁损耗型微波吸收材料，由于具有较强的磁损耗、易于合成和低成本，仍然是电磁波吸收材料的首选。

3、通过掺杂过渡金属离子来提高m型铁氧体的吸波性能是一个研究热点。sharbati等人合成了纳米晶srfe12-2xmgxzrxo19，并通过控制锶铁氧体中取代的zr和mg元素的水平(x＝0.5、1.0和1.5)，在8ghz范围内获得了令人满意的反射损耗。sriramulu等人研究了sr(zr-mn)xfe12-2xo19六铁氧体的电磁特性，并观察到在10.14-10.64ghz的频带内，当x＝0.6时，最小反射损耗为-27.68db。但上述铁氧体的吸收强度和频带宽度均有待提高。

4、因此，亟需开发一种新的m型铁氧体复合材料，能够解决上述问题，同时简化工艺流程，降低生产成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种镨掺杂锶铁氧体吸波材料及其制备方法，制得的吸波材料为纳米材料，能够实现吸波材料的“薄”、“宽”和“强”吸收。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种镨掺杂锶铁氧体吸波材料，所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料的化学式为：sryfe12-xprxo19，其中0.05≤x≤0.6，0.8≤y≤1.2。

4、本发明中，所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料的化学式为：sryfe12-xprxo19，其中0.05≤x≤0.6，0.8≤y≤1.2，例如，所述x可以是0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或0.6等，所述y可以是0.8、0.9、1、1.1或1.2等。

5、本发明中，将镨掺入锶铁氧体中，利用镨的变价和离子半径较大等特点，并结合缺fe3+和富sr2+的环境，使得pr4+形成，从而减小晶粒尺寸并形成多面体聚集体。pr3+到pr4+的转化有利于氧空位和fe2+的形成，从而显著改善材料的介电性能并增强微波吸收性能。

6、作为本发明优选的技术方案，所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料的粒径为100-1000nm，例如可以是100nm、300nm、500nm、700nm、900nm或1000nm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

7、优选地，所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料为球形多面体结构。

8、作为本发明优选的技术方案，所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料在c波段和ku波段同时吸收。

9、本发明所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料在c波段和x波段具有强吸收。

10、本发明中，所述c波段为4-8ghz，所述x波段为8-12ghz，所述ku波段为12-18ghz。

11、优选地，所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料的工作温度为-40-400℃，例如可以是-40℃、0℃、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃或400℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

12、优选地，所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料的高矫顽力≥5000oe，例如可以是5000oe、5100oe、5300oe、5500oe、5700oe、6000oe、6500oe或7000oe等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

13、第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的镨掺杂锶铁氧体吸波材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

14、(1)将锶源、铁源、镨源、络合剂和溶剂混合，得到混合溶液；

15、(2)将ph调节剂和步骤(1)所述混合溶液混合，调节ph，进行恒温搅拌，得到粘稠凝胶；

16、(3)将步骤(2)所述粘稠凝胶依次进行干燥、热处理和焙烧，得到所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料。

17、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述镨源和铁源的总摩尔与锶源的摩尔比为(10.5-12):1，例如可以是10.5:1、10.7:1、11:1、11.4:1、11.8:1或12:1等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

18、优选地，步骤(1)所述镨源和铁源的摩尔比为(0.05-0.6):(11.4-11.95)，例如可以是0.05:11.95、0.1:11.5、0.2:11.6、0.4:11.7、0.5:11.8或0.6:11.4等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

19、本发明中，所述锶源、铁源和镨源包括硝酸盐、乙酸盐或氯化盐中的任意一种或至少两种的组合，原料纯度为分析纯以上。

20、值得说明的是，通过调控镨源和铁源的摩尔比，实现四价镨和三价镨的互换，增加了氧空位和介电损耗。

21、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述络合剂包括柠檬酸。

22、优选地，步骤(1)所述络合剂的摩尔量与锶源、铁源、镨源中总摩尔量比为(1-5):1，例如可以是1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、4:1或5:1等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为(1-3):1。

23、本发明中，步骤(1)所述将锶源、铁源、镨源、络合剂和溶剂混合的方法包括：将锶源、铁源、镨源和溶剂搅拌混合，然后向其加入络合剂溶液。

24、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述ph调节剂包括氨水。

25、本发明中，所述氨水的浓度为25％-50％，例如可以是25％、30％、35％、40％、45％或50％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

26、优选地，步骤(2)所述调节ph为将ph调节至5-8，例如可以是5、5.5、6、6.5、7、7.5或8等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

27、优选地，步骤(2)所述恒温搅拌的温度为75-90℃，例如可以是75℃、77℃、80℃、84℃、88℃或90℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

28、本发明中，所述恒温搅拌可以采用水浴或油浴。

29、作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述干燥的温度为95-120℃，例如可以是95℃、97℃、100℃、104℃、108℃、110℃、114℃、118℃或120℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

30、优选地，步骤(3)所述干燥的时间为8-48h，例如可以是8h、10h、14h、18h、20h、25h、30h、35h、40h或48h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

31、优选地，步骤(3)所述热处理的温度为100-350℃，例如可以是100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、240℃、280℃、300℃或350℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

32、优选地，步骤(3)所述热处理的时间为0.1-3h，例如可以是0.1h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

33、作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述焙烧的温度为900-1300℃，例如可以是900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃或1300℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1100-1300℃。

34、本发明中，所述焙烧的加热方式包括微波加热和/或电加热。

35、优选地，步骤(3)所述焙烧的升温速率为2-10℃/min，例如可以是2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、8℃/min或10℃/min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为2-5℃/min。

36、值得说明的是，通过将焙烧的升温速率控制在一定范围内时，可以增加晶体生长时间，形成较大晶粒，增加材料的介电损耗，使得吸波效果更好。

37、优选地，步骤(3)所述焙烧的保温时间为1-9h，例如可以是1h、2h、3h、5h、7h或9h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

38、作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：

39、(1)将锶源、铁源、镨源、络合剂和溶剂混合，得到混合溶液；

40、所述镨源和铁源的总摩尔与锶源的摩尔比为(10.5-12):1；所述镨源和铁源的摩尔比为(0.05-0.6):(11.4-11.95)；所述络合剂的摩尔量与锶源、铁源、镨源中总摩尔量比为(1-5):1；

41、(2)将ph调节剂和步骤(1)所述混合溶液混合，调节ph至5-8，然后在75-90℃下进行恒温搅拌，得到粘稠凝胶；

42、(3)将步骤(2)所述粘稠凝胶在95-120℃下干燥8-48h、在100-350℃下热处理0.1-3h、以2-10℃/min升温速率升温至900-1300℃焙烧并保温1-9h，得到所述镨掺杂锶铁氧体吸波材料。

43、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

44、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

45、(1)本发明将镨掺入锶铁氧体中，同时控制镨和铁的摩尔比，实现pr3+到pr4+的转化，有利于氧空位和fe2+的形成，其在c波段和x波段具有强吸收，而且可以实现c波段和ku波段同时吸收，拓宽吸收频段，显著改善材料的介电性能并增强微波吸收性能；

46、(2)本发明所述制备方法生产成本低、工艺简单，制得的镨掺杂锶铁氧体吸波材料具有吸波频段可调、吸波强度较大、工作温度高等优点。