【摘 要】
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数字信息化时代到来,在丰富人们生活的同时随之而来的电磁污染（EM）令人担忧。电磁污染不仅对生物组织产生不利影响,也会对人体健康有害。此外,电磁辐射对电子设备的运作及无线通讯中敏感数据的泄漏等亦有负面影响。因此,急需研究可吸收电磁波的材料来防止电磁污染。相图作为物质系统相平衡的资讯图解,已成为科学研究和解决实际问题的重要手段,确定相平衡关系对于寻找新的吸波材料具有一定的探索推进的意义。本文通过固相法
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数字信息化时代到来,在丰富人们生活的同时随之而来的电磁污染（EM）令人担忧。电磁污染不仅对生物组织产生不利影响,也会对人体健康有害。此外,电磁辐射对电子设备的运作及无线通讯中敏感数据的泄漏等亦有负面影响。因此,急需研究可吸收电磁波的材料来防止电磁污染。相图作为物质系统相平衡的资讯图解,已成为科学研究和解决实际问题的重要手段,确定相平衡关系对于寻找新的吸波材料具有一定的探索推进的意义。本文通过固相法合成实验样品。通过X射线衍射建立了Bi2O3-Fe2O3-Pr2O3体系在1073 K下的相平衡关系。并在此基础上通过溶胶凝胶法制备出了单相BiFeO3,探究A位元素掺杂对于BFO（BiFeO3）的结构性能的影响。通过XRD分析确定了1073 K下的Bi2O3-Fe2O3-Pr2O3体系的相区分布,共有单相区九个,双相区六个和三相区七个,此条件下并未发现四元化合物。在BiFeO3-Pr FeO3的赝二元边存在两个固溶区,当Pr3+≤0.1时,Pr元素成功固溶到BiFeO3的晶格间,此时仍为菱方结构R3c-BiFeO3;当Pr元素含量逐渐上升,BFO畸变明显,并向着正交结构的Pbnm型转变。研究发现Bi元素能很好的固溶进Pr FeO3的晶格间,Bi2O3在Pr1-xBixFeO3中的最大固溶度达到57.5 at.%。在Bi2O3–Pr2O3二元系中存在Bi0.775Pr0.225O1.5-type固溶体相和Pr6O11固溶体相。其中Bi0.775Pr0.225O1.5-type固溶体为R-3m空间结构,其（Bi2O3）1-x（Pr2O3）x固溶度范围x为（0.1842≤x≤0.3462）;Pr6O11固溶体的固溶度为（Pr2O3）1-y（Bi2O3）y,y为（0≤y≤0.1）。采用有机酒石酸辅助溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备了钙钛矿结构Bi1-xPrxFeO3（x=0.0,0.05,0.1,0.15）材料,获得了高效的微波吸收材料。进一步研究了Pr的引入对介电性能和磁导率的影响。引入15%Pr后,反射吸收损耗最低可达-32.34 d B,但吸收带宽仅为2.25 GHz。当Pr值为5%时,反射吸收损耗最小值为-27.31 d B,有效带宽在-10 d B以下为3.41 GHz。通过分析Pr取代Bi过程中的结构变化,探讨BPFO钙钛矿的性能。探讨了强相互作用力、剩余磁化强度和自然共振对纳米陶瓷吸波性能的影响,为制备性能优良的电磁衰减陶瓷材料提供了可靠的候选材料。采用重稀土非磁性Y离子代替BiFeO3中的A位Bi离子进行微调控。研究发现,一系列的结构转变取决于Y的掺杂。随着稀土Y3+含量的增加,x=0.15时纳米颗粒的结构发生了扭曲,菱形相（R3c）转变为正交相（Pbnm）。通过Y替代可以很好地调控Bi1-xYxFeO3纳米晶的尺寸。研究结果表明,Y取代降低了Bi元素的挥发,从而有效地降低了氧空位和Fe2+离子的含量,有效地改善了磁性能。研究结果表明,一定量的稀土Y取代能显著促进Bi1-xYxFeO3（x=0.0、0.05、0.10、0.15）纳米颗粒的电磁波吸收特性。结果表明,当x=0.1时,试样在模拟厚度为2.2 mm时,小于-10 d B的RL为3.29 GHz。Bi0.9Y0.1FeO3纳米颗粒具有优异的微波吸收（MA）性能,这主要归功于其多极化、良好的阻抗匹配、界面反射和磁损耗。因此,准备Bi0.9Y0.1FeO3纳米颗粒可以作为一种轻质高性能的吸波纳米材料。利用溶胶-凝胶自扩散燃烧技术制备了具有钙钛矿结构的Bi1-xCaxFeO3（x=0.0,0.05,0.1,0.15）,分析了Bi1-xCaxFeO3钙钛矿的结构。探讨了Ca取代Bi过程中的结构变化和剩余磁化强度和自然共振对纳米陶瓷吸波性能的影响。从而获得了厚度薄、有效吸收带宽宽的高效微波吸收材料。小尺寸的碱土金属离子Ca2+（0.99?）能成功取代BiFeO3中的A位Bi3+离子。Ca2+诱导BCFO结构逐渐向着Pm-3m相转变。当Ca2+掺杂量达到0.15时,BCFO明显从菱形R3c相转变为Pm-3m相。Ca元素掺杂后,样品的颗粒减小,比表面积增大,孔径增大,这对于磁性能和吸波性能的提升有积极作用。Ca2+的掺杂改善了BFO自旋螺旋调制结构,Fe-O-Fe键角的变化,从而增强了BCFO的磁性能。吸收带宽增大,吸收峰向低频方向移动。当Ca2+掺杂量为0.10,模拟厚度为2 mm时,10.23 GHz下的最佳吸波性能为-36.91 d B,其有效带宽达到2.81GHz,具有较好宽频效应。本工作为合成性能优良的电磁衰减陶瓷材料提供了可靠的候选材料。
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