Co2+ 和Cd2+ 共掺杂BaFe12 O19 /PANI复合材料的微波吸收与电磁屏蔽性能研究

为解决电磁污染对健康及电子设备的威胁，研究人员通过溶胶-凝胶燃烧法合成Co2+ /Cd2+ 共掺杂BaFe12 O19 /PANI复合材料，发现YP2样品在10.56 GHz下反射损耗(REL)达-55.54 dB，带宽厚度比(BTR)为2.91E-03，为轻量化电磁屏蔽材料设计提供新思路。

　　

随着5G和物联网技术的普及，电磁污染已成为威胁人类健康和电子设备安全的"隐形杀手"。传统金属屏蔽材料存在重量大、易腐蚀等问题，而六角铁氧体(hexaferrite)因其优异的磁性和介电性能成为研究热点。然而，单一铁氧体存在阻抗匹配困难、吸收频带窄等缺陷。针对这一挑战，研究人员通过创新性的离子共掺杂策略，开发出兼具高效吸收与轻量化特性的新型复合材料。

该研究采用溶胶-凝胶燃烧法合成BaCo_x
Cd_x
Fe_12-2x
O₁₉
/PANI系列样品，结合X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和电化学阻抗谱(EIS)等技术，系统分析了材料结构-性能关系。特别关注了Co²⁺
/Cd²⁺
掺杂比例对晶格参数、电磁参数及损耗机制的影响。

X射线衍射分析
通过MATCH软件解析显示，所有样品均保持P63/mmc空间群结构。随着掺杂量增加，晶胞体积从712.34 ?³
(x=0)降至698.21 ?³
(x=1.0)，这种晶格收缩源于Co²⁺
(0.74 ?)和Cd²⁺
(0.95 ?)对Fe³⁺
(0.64 ?)的替代，导致晶格畸变能增加。

电化学阻抗谱研究
YP2样品展现出最优异的介电性能：晶界电阻(R_gb
)低至0.005 MΩ，晶界电容(C_gb
)高达2.39×10¹⁰
μF。这种独特的"低阻高容"特性促进了电磁波的多重反射和极化损耗，使材料在8-12 GHz频段产生显著的介电损耗峰。

电磁性能表征
YP2样品在3.2 mm厚度下实现-55.54 dB的反射损耗，其带宽厚度比(BTR)达2.91E-03，优于已报道的La-BaM/PANI(-63.6 dB@7.76 GHz)和Co-SrM(-30.7 dB@12-18 GHz)等材料。磁滞回线分析表明，适度掺杂使饱和磁化强度(M_s
)保持在45 emu/g以上，同时矫顽力(H_c
)降低至1.2 kOe，证实了掺杂对磁畴壁运动的促进作用。

该研究通过精确调控Co²⁺
/Cd²⁺
掺杂比例，成功解决了铁氧体材料阻抗匹配与损耗能力的矛盾问题。YP2复合材料展现的宽频强吸收特性，为开发新一代轻量化电磁屏蔽材料提供了重要参考。特别是其3.2 mm的实用化厚度和32.67%的百分比带宽(PBW)，使其在军用雷达隐身和民用电子设备防护领域具有广阔应用前景。论文的创新性在于揭示了双离子掺杂协同优化电磁参数的机制，为多功能微波吸收材料的设计提供了新范式。