磁性材料及器件2013年9月19研究·分析·实验Nd3+掺杂对尖晶石型镍铁氧体吸波性能的影响郭磊，余建华，李志军，王普红，丁志军，杜斌（防化研究院，北京102205）摘要：采用溶胶-凝胶法制备了Nd3+掺杂尖晶石型NiNdxFe2-xO4镍铁氧体，借助同步热分析仪、X射线衍射仪、矢量网络分析仪对产物的结构及电磁参数进行了测试分析。通过匹配解析图求得样品最佳匹配厚度和最佳匹配频率，同时利用传输线理论计算了最佳条件下样品的吸波性能。结果表明，生成镍铁氧体的处理温度不能低于1000℃，且当Nd3+掺杂量降到x=0.04时，生成纯净的Nd3+掺杂镍铁氧体粉末。Nd3+掺杂量的变化对镍铁氧体的电磁参数及吸波性能有较大影响，随Nd3+掺杂量减小，样品的匹配厚度及最小反射率峰值呈现逐渐减小的趋势，吸收峰向高频移动。当x=0.02时，最小反射率达－47dB，小于－10dB频宽达到4.5GHz。关键词：镍铁氧体；Nd3+掺杂；电磁参数；匹配厚度；吸波性能中图分类号：TM25;TM277+.1文献标识码：A文章编号：1001-3830(2013)05-0019-04InfluenceofNd3+dopantonthemicrowaveabsorbingpropertiesofnickelspinelferriteGUOLei,YUJian-hua,LIZhi-jun,WANGPu-hong,DINGZhi-jun,DUBinResearchInstituteofChemicalDefense,Beijing102205,ChinaAbstract:Nd3+-dopednickelspinelferritewerepreparedbysol-gelmethod.ThemicrostructuralandelectromagneticpropertieswereanalyzedbyTG-DSC,X-raydiffractionandvectornetworkanalyzer.Impedancematchingsolutionmapsisusedtoobtainthematchingfrequencyandthickness.Basedonthematchingfrequencyandthickness,microwaveabsorptionofthematerialwasstudied.Theresultshowsthattheannealingtemperatureshouldbehigherthan1000℃andNd3+-dopedtnickelspinelferriteispreparedwhenthedopingamountofNd3+isreducedto0.04.ItisfoundthattheamountofNd3+dopantcouldaffecttheelectromagneticparametersandmicrowaveabsorbingpropertiesofnickelferrite.Withdecreasingdopingamount,thematchingthicknessandminimumreflectancepeakdecreasegraduallyandtheabsorptionpeakshiftstohigherfrequency.WhentheamountofNd3+dopantis0.02,theminimumreflectanceis－47dB,andeffective－10dBbandwidthreaches4.5GHz.Keywords:nickelferrite;Nd3+dopant;electromagneticparameters;matchingthickness;microwaveabsorbingproperties1引言随着电子科技的快速发展以及各种新型武器平台的研发，电磁波污染问题日益严重，吸波材料已成为广泛研究的热点[1,2]，其主要作用是使入射电磁波最大限度进入材料，并通过能量转换将电磁能变为其它形式的能量损耗掉，从而达到“隐身”、微波通讯防护、抗电磁污染以及抗电磁干扰等目的。铁氧体作为磁性吸收剂的典型代表，在吸波材收稿日期：2013-01-17修回日期：2013-04-12通讯作者：郭磊E-mail:guo_study@163.com料研究和发展上起着重要作用[3-7]。稀土元素的4f电子受到5s25p6壳的屏蔽，其原子和离子具有特殊的电磁性能，通过添加一定量的稀土元素到铁氧体材料中以改变其结构从而改善吸波性能，已成为目前吸波材料重要的研究方向之一[8-10]。本实验采用溶胶-凝胶法制备不同Nd3+掺杂量的镍铁氧体样品，分析Nd3+掺杂量对镍铁氧体结构及电磁参数的影响，研究不同Nd3+掺杂量镍铁氧体的匹配条件和吸波性能。20JMagnMaterDevicesVol44No52实验2.1样品制备Nd3+掺杂尖晶石型镍铁氧体采用溶胶-凝胶法合成。按NiNdxFe2-xO4(x=0.02、0.04、0.06、0.08、0.1)化学式中化学计量比1∶x∶2-x称取Ni(NO)2、Fe(NO)3和Nd(NO)3于烧杯中，加入一定量去离子水配成溶液，按物质的量比nCA∶(nFe3++nNd3+)∶nNi2+=4∶2∶1向溶液中加入柠檬酸，搅拌0.5h形成均一透明溶液。在不断搅拌下滴入浓氨水调节溶液至pH=7，此时溶液呈墨绿色，将盛有该溶液的烧杯置于水浴锅中，于80℃恒温水浴条件不断搅拌加热蒸发至形成黏稠的湿凝胶。将湿凝胶置于恒温干燥箱中，在120℃下干燥直至形成干凝胶。将干凝胶置于封闭电炉上加热引燃得到蓬松的前躯体，最后将前躯体粉末在高温烧结炉中于1200℃下高温焙烧3h(...
