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匹茲堡大學(xué)Dipika Mandal和Paul R. Ohodnicki等--基于Ni–Zn鐵氧體的全方位電磁波吸收器

探索一種方便、可擴(kuò)展、有效的千兆赫茲寬帶電磁波吸收器（EMA）以滿足其日益增長的需求。Ni–Zn鐵氧體被認(rèn)為是潛在的EMA；然而，它們作為一種可擴(kuò)展的有效毫米波吸收材料的性能研究還很有限。本文研究了Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄（NZF）樣品在0.1～9GHz頻率范圍內(nèi)用Mn離子代替Fe³⁺和Zn²⁺的電磁波衰減特性。通過成分優(yōu)化，Ni_0.5Zn_0.4Mn_0.1Fe₂O₄（NZM_0.1F）EMA在最佳厚度為6 mm時表現(xiàn)出良好的微波吸收性能，同時最大反射損耗（RL）為−50.2 dB，寬BW為6.8 GHz（RL<−10 dB，即衰減>90%）。此外，Mn摻雜使衰減常數(shù)從217 Np/m顯著增加到301 Np/m。主要貢獻(xiàn)來自磁-介電性能的協(xié)同作用，以及由于陽離子化學(xué)和尖晶石NZF中的位置占據(jù)而增強(qiáng)的介電和磁損耗。此外，通過受控的兩步熱處理過程在系統(tǒng)中誘導(dǎo)孔隙率，該過程通過電磁波的多次內(nèi)反射促進(jìn)總損耗。此外，通過改變?nèi)肷潆姶挪ǖ慕嵌龋M了NZM_0.1F樣品的RL，顯示其角度不敏感度高達(dá)50°。研究結(jié)果表明，NZM_0.1F是一種適合于實(shí)際高頻應(yīng)用的新型環(huán)保微波吸收材料。

圖1. 示意圖顯示了Mn摻雜NZF芯中具有優(yōu)異電磁波吸收的相關(guān)因素。

圖2. (a)室溫下所有研究樣品的具有識別平面的 X 射線衍射圖，(b)樣品晶格常數(shù)的變化，以及(c)來自 VESTA 的 NZFM0.3的晶體結(jié)構(gòu)表示。

圖3. （a） NZFM0.2的FESEM顯微照片，樣品（b）NZF和（c）NZFM0.3的EDX光譜；顯示NZFM0.3的附加Mn峰值，（d）NZFM0.3樣本區(qū)域的EDX區(qū)域映射；（e）O，（f）Mn，（g）Zn，（h）Fe和（i）Ni組成元素分布均勻。

圖4. （a）所有樣品在300 K時的M–H曲線圖[插圖：研究樣品的飽和磁化強(qiáng)度（M_S）和矯頑力（H_C）的變化]和（b）NZFM0.3環(huán)形樣品橫截面的顯微CT掃描將彩色線顯示為樣品中的多孔通道。

圖5. （a）相對介電常數(shù)的實(shí)（ε′）和（b）虛（ε〃）部分，（c）介電損耗（tanδ_ε），（d）相對磁導(dǎo)率的實(shí)（μ′）和（e）虛（μ〃）部分，以及（f）磁損耗（tanδ_μ）的頻散。

圖6. 研究樣品的RL隨頻率和厚度變化的三維表示。

圖7. 對于（a）NZF、（b）NZM0.1F和單步退火固體NZM0.1F，以及（c）NZFM0.3樣品，RL與f在各自t_m值下繪制，以進(jìn)行比較。（d）NZF、（e）NZM0.1F和（f）NZFM0.3[插入（c）]這三個樣品的頻率相關(guān)衰減常數(shù)（α）曲線對應(yīng)的| Z_in/Z₀ |比率與頻率圖。

圖8. （a）不同電磁波入射角下RL的頻散曲線。（b） NZM0.1F與CuFe₂O₄/MoS₂鐵氧體微波吸收劑的最佳反射損耗（RLmax）和帶寬（BW）的比較圖CF@MoS₂@Fe₃O₄，大塊Ni–Zn鐵氧體， ZnO@MWCNTs@NiFe₂O₄， CB/Ni_0.6Zn_0.4Fe₂O₄層， MnFe₂O₄ NHS， Gd–Coferrite@SiO₂@C、 NF/NZF、Mn–Zn鐵氧體、Ti₃C₂Tx/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄、和SrFe_12–xCoxO₁₉。

相關(guān)研究成果由匹茲堡大學(xué)Dipika Mandal和Paul R. Ohodnicki等人2024年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c06498)上。原文：All-Around Electromagnetic Wave Absorber Based on Ni–Zn Ferrite

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號



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