稀土Dy-Ce共掺杂BaFe12O19纳米颗粒的X波段微波吸收与电磁屏蔽多功能设计研究

为解决电磁干扰(EMI)屏蔽和微波吸收材料在X波段(8-12.4 GHz)带宽有限、效率不足的问题，研究人员通过溶胶-凝胶自燃烧法合成BaDyxCexFe12-2xO19纳米颗粒。最优组分(x=0.06)在9.54 GHz处实现-17.64 dB反射损耗(RL)，磁损耗与介电损耗协同提升，为新一代隐身技术提供新材料解决方案。

　　

随着5G通信、雷达和电子设备的迅猛发展，电磁污染已成为威胁设备安全性和人体健康的重要问题。传统M型钡铁氧体(BaFe₁₂O₁₉)虽具有高磁晶各向异性和热稳定性，但其在X波段(8-12.4 GHz)的窄带吸收特性限制了在现代电子系统中的应用。如何通过材料设计同时提升微波吸收带宽和电磁屏蔽效能(SE)，成为功能材料领域的重要挑战。

针对这一难题，国内研究人员通过创新性的双稀土掺杂策略，设计合成BaDy_xCe_xFe_12-2xO₁₉纳米材料。该研究采用溶胶-凝胶自燃烧法（一种能精确控制化学计量比的软化学合成技术），结合X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和矢量网络分析等表征手段，系统探究了材料的结构-性能关系。

3.1 结构分析
Rietveld精修证实所有样品均保持P6₃/mmc空间群的六方结构。Dy³⁺(0.91 ?)和Ce³⁺(1.03 ?)的掺杂使晶格参数a从5.889 ?增至5.899 ?，c从23.203 ?增至23.227 ?，这种晶格膨胀源于稀土离子对Fe³⁺(0.67 ?)的取代。Williamson-Hall分析显示x=0.06样品具有最大微应变(5.08×10^-3)，表明晶格畸变最显著。

3.3 形貌特性
FE-SEM显示典型的六角片状形貌，粒径0.6-0.9 μm。HRTEM证实x=0.06样品具有0.378 nm晶面间距，SAED衍射斑点证实单晶特性。这种形貌特征有利于形成多重散射中心，增强微波衰减。

3.4 磁学性能
VSM测试显示x=0.06样品具有最优磁性能：饱和磁化强度(M_s)达63.07 emu/g，矫顽力(H_c)降至1613 Oe，呈现软磁特性。ESR谱线宽变窄表明Dy-Ce掺杂增强了自旋-轨道耦合，这源于Dy³⁺(10.6 μ_B)的高磁矩与Ce³⁺(1.73 μ_B)的电子极化率协同作用。

3.5 微波吸收性能
在3 mm厚度下，x=0.06样品在9.54 GHz处获得-17.64 dB的RL值，对应90%吸收效率。Cole-Cole图呈现非德拜弛豫特征，表明界面极化增强。阻抗匹配分析显示|Z_in/Z₀|接近1，证实电磁波有效耦合。EMI屏蔽机制分析表明，随着掺杂量增加，屏蔽方式从反射主导(SER=2.8 dB)转变为吸收主导(SEA=4.5 dB)。

这项发表于《Inorganic Chemistry Communications》的研究具有三重重要意义：首先，通过双稀土掺杂策略实现了磁损耗与介电损耗的协同调控，突破了传统铁氧体窄带吸收的限制；其次，开发的BaDy_0.06Ce_0.06Fe_11.88O₁₉在X波段展现出军用级吸收性能；最后，溶胶-凝胶法的可扩展性为工业化生产奠定基础。该工作为发展新一代智能电磁防护材料提供了新思路，在国防隐身技术和5G通信设备领域具有广阔应用前景。