基于多层核壳空心球铁氧体的微观电磁损耗机理研究

The microwave absorption properties of magnetic multishelled hollow spheres have been reported. However, most of them are limited to the traditional methods of microwave absorbing materials, and the microwave absorption properties of the microwave absorbing materials are described and analyzed macroscopically. Little work has been done to study the electromagnetic loss mechanism and the physical model of the composite material from the microscopic point of view. In this project, a new type of lightweight magnetic multishelled ferrite hollow spheres will be prepared by the chemically induced self-assembly. Morphology and chemical states of the magnetic multishelled ferrite hollow spheres and their interfacial effects will be studied, and the formation process and growth mechanism of the composite materials should be understood. Micro/nano-structure, interfacial effect and their synergistic effect of the magnetic multishelled ferrite hollow spheres will be studied to understand the fundamental influence on the high-frequency electromagnetic properties and microwave absorbing properties. The microscopic electromagnetic loss mechanism and electromagnetic wave absorption physical model will be understood and constructed, respectively. The composite material is expected to be widely used in the future communication field as a new type of high-efficiency, lightweight microwave absorbing material with good environmental adaptability.

目前已有磁性微纳多层核壳空心球电磁波吸收特性的报道。但大多局限于采用传统吸波材料的普适手段，从吸波材料的宏观角度对其吸波特性进行宏观描述和分析。很少有工作围绕磁性微纳多层核壳空心球这一特殊体系，从微观角度探讨并构建这一复合材料的电磁损耗机理和物理模型。本项目拟采用化学诱导自组装法制备环境适用性好、高效的新型轻质磁性多层核壳空心球铁氧体吸波材料。掌握磁性微纳多层核壳空心球铁氧体复合材料的电子显微学、电子态等微纳结构及其界面结合作用，构建复合材料形成过程和生长机理模型。理解磁性微纳多层核壳空心球铁氧体复合材料的微纳结构、界面效应及其协同作用对其高频电磁性能和吸波特性的相互作用机制和影响规律，揭示其微观电磁损耗机理，构建电磁波吸收微观物理模型。结合这一复合材料电磁参数可调、抗氧化能力强、密度小等特点，该复合材料有望作为新型轻质化、环境适用性好的高效吸波材料而广泛用于未来通讯领域。

目前常用吸波剂氧化物/铁氧体电损与磁损无法匹配，造成了有效吸收频段窄、厚度厚、密度大等问题，严重制约了氧化物/铁氧体吸波剂的工程应用范围。根据常用氧化物/铁氧体吸波剂介电响应能力不足且不易精准调控等特点，本项目创新性地采用普适性自组装技术可控制备多层核壳空心结构，避免了硬模板法的繁琐实验操作，通过调控其微观几何结构如尺寸、层数、层间距等提高了介电损耗能力和调制了介电响应频段，改善了与本征磁响应的匹配程度，促进新型吸波体系构筑。本项目深入研究了材料的结构缺陷、形貌等与其吸波特性的内在联系，阐明了在尖晶石铁氧体材料中晶格缺陷诱导介电极化为电磁波吸收的主要贡献来源。此外，本项目通过微观结构设计揭示了微观电磁损耗物理机制，提出了宏微观关键桥梁机制，建立了新型介电极化物理模型，弥补了吸波材料宏观阻抗匹配理论的不足。具体如下：1）针对吸波剂的微观电磁损耗物理机制不清问题，揭示了杂化态诱导介电极化协同效应、硒硫共掺诱导介电极化协同效应、孪晶诱导介电极化协同效应等，向探索新型微观电磁损耗物理机制领域迈出了坚实一步；2）针对微观因素与宏观参数之间关联性不紧密问题，通过竞争反应策略和氟离子调控策略，提出了联系宏微观因素的关键桥梁机制，达到优化材料电磁参数和吸波性能的目的；3）针对传统吸波物理模型过于单一且宏观问题，提出了三类极化位点模型和尺寸分布诱导界面极化模型，建立了新型介电极化物理模型，指导吸波剂设计优化提升吸波性能。最后，本项目还考虑了吸波材料有效吸收组分的设计合成，兼顾了其他组分的遴选与结构取向，剔除了石蜡等粘结剂对吸波性能的干扰，制备了贴近实际应用的新型吸波材料，获得了性能全面且优异的吸波器件。本项目的研究拓展了多层核壳结构合成方法学，揭示了微观电磁损耗物理机制，促进了整体型吸波材料的发展。