Small Structures: 磁组分调控制备低频强吸收铁氧体组装微球

研究背景

当前,从日常通信到军事装备等诸多重要应用,5G技术的飞速发展受到了极大的关注。 特别是在S频段(2-4GHz)的低频区域,考虑到兆赫兹和吉赫兹频段之间的紧密桥接效应,其关键作用会愈发突出。 目前,受阻抗匹配和电磁频谱特性的限制,在S波段实现高效微波吸收是一个巨大挑战。复旦大学车仁超团队二十四年来致力于高性能微波吸收材料在微观机制、界面极化和磁电协同等方面的研究,制备并拓展了一系列吸波磁性微球。自主研发电镜,构建“洛伦兹电镜”测试平台,解决仪器测试“卡脖子”问题;并利用离轴电子全息技术提供材料界面处的电荷密度分布和可视化的磁力线分布图。

文章概述

复旦大学车仁超课题组通过喷雾干燥制备了强磁性微球。随着反应温度的升高,复合微球的组分发生改变,不同含量的铁氧体和铁单质自装成磁性微球,同时伴随着微球形态演变。得益于成分和微观结构的有效控制,异质铁氧体复合微球的复磁导率得到显著上升,优化复合材料在S波段的电磁响应和阻抗匹配特性。蛋黄壳结构铁氧体复合微球的最大反射损耗在S波段的最强吸收强度可以达到 -41 dB,有效吸收频率可以覆盖 1.52 GHz。利用电子全息技术观察磁性微球的磁力线分布,为可视化的磁耦合机制提供可视化的理论证据。

图文导读

图1 铁氧体微球材料的不同温度热解后的扫描电镜图
图2 铁氧体微球材料的复磁导率、磁损耗正切值和损耗因子
图3 铁氧体微球材料的微波吸收反射损耗图
图4 铁氧体微球材料的磁力线分布图

4、结论:

研究生人员提出了一种通过喷雾干燥和后续退火制备微米级铁氧体复合微球的新策略。探究煅烧温度对影响材料的磁性成分、微观结构和电磁频谱特性的影响。得益于增强的磁损耗和良好的阻抗匹配,复合材料在S波段的电磁耗散能力得到增强。优化的蛋黄壳结构铁氧体微球材料在 3.48 GHz 下表现出 -42 dB 的强吸收和S波段中 1.52 GHz(~75%)的有效吸收宽频率。研究结果为开发低频高效微波吸收材料提供了新的思路。

该项目研究获得国家自然科学基金(51725101, 11727807, 51672050, 61790581)、国家重点研发计划(2018YFA0209102)等项目的资助,谨此感谢。

论文信息:

Enhanced magnetic microwave absorption at low-frequency band by ferrite assembled microspheres with controlled components and morphologies

Mengqiu Huang, Xuefeng Yu, Lei Wang, Jiwei Liu, Wenbin You, Min Wang, Renchao Che*

Small Structures

DOI:10.1002/sstr.202100033

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100033