北京大学杨金波团队Acta Mater.：Sm1.5Y0.5Fe17-xSix及其复合材料的可调的内禀磁性和微波吸收性能

【引言】

随着通信和雷达技术的快速发展，微波吸收材料(MAMs)已经引起了人们的广泛关注。MAM材料对于防止电磁干扰和减弱雷达反射信号有重要作用。当前社会需开发出的MAM材料需具有重量轻，厚度薄，宽带宽和在高频下高吸收性能的特点。长期以来，人们对稀土-过渡族金属间化合物(R-T)的研究往往集中在永磁材料开发方面。近日，有学者报道了Sm_1.5Y_0.5Fe_17-xSi_x及其石蜡复合材料作为微波吸收材料的应用。该文基于R-T材料的平面各向异性和高的饱和磁化强度的特点，探索了将R-T材料开发为新型微波吸收材料。

【成果简介】

近日，北京大学的杨金波教授、侯仰龙教授、王常生副教授和刘顺荃高级工程师(共同通讯作者)等人在Acta Mater.上发布了一篇关于碳微波吸收材料的文章，题为“Tunable magnetic and microwave absorption properties of Sm1.5Y0.5Fe17-xSix and their composites”。 作者报道了Sm_1.5Y_0.5Fe_17-xSi_x及其石蜡复合材料的磁性和微波吸收性能。研究结果发现，Si的引入可以显著地调节Sm_1.5Y_0.5Fe_17-xSi_x的本征磁性，使Sm_1.5Y_0.5Fe_17-xSi_x石蜡复合材料成为优良的微波吸收材料。在测试频率范围内，复合材料的磁导率μ'特别是在较高的频率下，引入Si后略有下降，而当Si含量从x = 0.0增加到x = 1.5时，介电常数ε'降低了约40％，有利于改善阻抗匹配并提高微波吸收性能。随着Si含量的增加，具有相同复合厚度的反射损耗（RL）的峰值频率（fp）会随着共振频率的变化而变大。此外，在复合材料中还发现了非常高的介电微波吸收峰，可以在一定程度上进一步提高有效吸收带宽(QB)。

【图片导读】

图1 样品的XRD图谱

(a) Sm1.5Y0.5Fe15.5Si1.5粉末样品的XRD图谱；

(b) Sm1.5Y0.5Fe15.5Si1.5磁取向样品的XRD图谱;

(c) Sm1.5Y0.5Fe15.5Si1.5粉末样品经研磨4h后的XRD图谱。

图2 样品经研磨后的平均晶粒尺寸

(a) 用(113)峰计算出的平均晶粒尺寸；

(b) 用(300)峰计算出的平均晶粒尺寸;

图3 Sm_1.5Y_0.5Fe_15.5Si_1.5样品的磁化曲线

(a) 测量区域与样品对齐方向平行；

(b) 测量区域与样品对齐方向垂直。

图4 Sm_1.5Y_0.5Fe_17-xSi_x石蜡复合材料样品的复磁导率

(a) ε'的频率依赖性；

(b) ε“的频率依赖性;

(c) μ'的频率依赖性。

(d) μ” 的频率依赖性。

图5 不同厚度样品的频率依赖性

(a-h) 反射损失(RL)与频率、样品厚度的关系图；

(i-l) 不同频率与不同厚度的样品的RL;

(m-p) 样品相应的有效吸收带宽(QB)。

图6 其他与厚度相关的峰值

(a) Sm1.5Y0.5Fe15.5Si1.5复合材料不同频率与不同厚度的样品的RL；

(b) Sm1.5Y0.5Fe15.5Si1.5复合材料反射损耗(RL)与频率、样品厚度的关系图。

【小结】

这篇文章介绍了Sm_1.5Y_0.5Fe_17-xSi_x及其石蜡复合材料的磁性和微波吸收性能。作者通过改变Sm_1.5Y_0.5Fe₁₇化合物的固有磁性，证明Si对微波吸收频率和电磁匹配具有显著的调谐作用。微波测量结果显示了固有磁性与微波吸收特性之间的内在联系：随着Si含量的增加，具有相同复合厚度的反射损耗(RL)峰值的峰值频率(fp)有增加。此外，在复合材料中还发现了非常高的介电微波吸收峰，这可以在一定程度上进一步提高有效吸收带宽(QB)。

文献链接：Tunable magnetic and microwave absorption properties of Sm1.5Y0.5Fe17-xSix and their composites (Acta Mater.,  2017 , DOI: 10.1016/j.actamat.2017.12. 042）

【团队介绍】

北大磁学中心主要研究方向有：（1）研究各向异性此份和粘接磁体的产业化核心技术，最终促成磁粉-磁体-电机的产业链，实现电机产品换代和行业升级；（2）研究和开发具有我国自主知识产权和更高磁特性的新一代永磁材料；（3）研究和开发具有高使用温度的永磁材料，以满足风力发电和新能源汽车对磁体高温特性提出的新要求；（4）研究间隙型稀土-过渡族金属间化合物磁各向异性的调控及新型高频磁性材料。同时，基于电荷和自旋是电子的两个内禀属性的特点，致力于研究磁电子学和新型磁性材料与器件。相关的研究方向有：（1）自旋-轨道-谷电子学材料的结构和物性研究；（2）磁性材料的多场调控研究；（3）低维强关联和无序体系的磁性研究。

【文献推荐】

[1] Y.C. Yang, et al., Structural and magnetic properties of interstitial compounds of the type R2Fe17CNx, RMo1.5Fe10.5CNx and R2Fe14BNx, Proc. Int. Symp. Phys. Magn. Mater., 2nd(1992), 2, 593-9；杨应昌等,《中国稀土学报》（4）（1990）P376；Y.C. Yang et al., (Invited).J. Appl. Phys., 70(1991)6001；Y.C. Yang et al., J. Appl. Phys., 70 (1991) 6018；J.B. Yang et al. Appl. Phys. Lett., 71(1997)3290.
[2] J. M. D. Coey and H. Sun，Improved magnetic properties by treatment of iron-based earth intermetallic compounds in ammonia, J. Magn. Magn. Mater. 87(1990) L251.
[3] J.B. Fu et al., magnetic properties of Nd(Fe1-xCox)10.5M1.5(M=Mo and V) and their nitrides，AIP Advances，7, (2017)056202; X. B. Ma, et al., J. Alloys Compd., 612(2014) 110;R. Wu, et al., IEEE Trans. MAG., 49(2013)3338; M.Y. Xing, et al., J. Magn. Magn. Mater.,326(2013) 201；IEEE Trans. MAG. 49(2013)3248; S.Q. Liu et al., Chin. Phys. Lett., 27(2010) 097505; Z. Lin et al., Appl. Phys. Lett., 100 (2012) 052409.
[4] 王常生，国家自然科学基金申请报告[2006], 结题报告[2013]：“平面各向异性R-Fe-N磁粉及其复合材料的高频电磁特性研究”.
[5] L.Z. Li, et al., High frequency electromagnetic properties of interstitial-atom-modified
Ce2Fe17NX and its composites，Appl. Phys. Lett., 105 (2014)022902, (Editor’s Pick).

本文由材料人编辑部金属学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

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