1  前言
    纳米晶材料是非常有发展前途的一类功能材料，由于其独特的表面效应，在材料科学研究领域得以迅速发展，受到许多研究者的关注^[1，2]。近年来，在微波吸收材料研究方面，也有学者对纳米晶铁氧体粉末微波吸收特性进行了探讨^[3，4]，但利用添加微量稀土元素改善其吸波性能的研究还未见报道，我们利用溶胶-凝胶法制备了掺稀土镧的锂铁氧体LiLa_xFe_5－xO₈纳米晶粉末，并对其吸波性能进行研究，得到了一些有益的结果。
2  实验
2.1  样品制备
    以分析纯的硝酸铁、碳酸锂、硝酸镧、硝酸（65%）、聚乙二醇（PEG）、浓氨水及柠檬酸为原料，按化学式LiLa_xFe_5－xO₈（x=0，0.01，0.03，0.05）制备纳米晶铁氧体微粉。先将碳酸锂用硝酸溶解，并与其它硝酸盐共溶于二次蒸馏水中，然后加入适量聚乙二醇及柠檬酸溶液，用氨水调节溶液pH值呈弱酸性，电磁搅拌均匀，经低温老化、80℃蒸发及120℃干燥形成干胶，在空气中恒温380℃焙烧3h，随炉冷却，制得黑褐色铁氧体粉料。
    称取上述粉料研磨，按粉料与石腊比为4∶1混合，加热，均匀涂在玻璃载片（规格10×20×1.3mm）的一面，平滑处理涂层厚度到1.2mm待测。
2.2  性能测试
    实验中将样品竖直放入矩形波导中，用通过法测其吸收量A随微波频率f的变化关系：先调节测量系统达最佳匹配，使波导中传输的微波成行波状态。测量出空白玻璃载片竖直插入波导管中心处时的检波输出功率P₀；然后将空白玻璃载片换成样品，测量出这时的检波输出功率P，则吸波材料对微波的吸收量
 
    对给定样品，改变微波源频率并调节系统匹配，即可测量出吸波材料吸收量随微波频率的变化关系（A～f曲线）。用日本理学X射线衍射仪对研磨后的焙烧粉末进行结构分析，并估算其晶粒尺寸。
3  实验结果及分析
    样品的X射线粉末衍射谱如图1所示，未掺杂（x=0）的样品已具有良好的尖晶石结构相，与文献[4]结果一致。x=0.01和x=0.03的样品，尖晶石相的（311）峰增大，且x=0.03时，有LaFeO₃相出现。当x=0.05时，尖晶石相的（311）峰减小，还出现了明显的Fe₂O₃相衍射峰。利用Scherrer公式^[1]可计算出微粉晶粒尺寸D，对各样品的计算结果，其粒径D为70～80nm。
    在7.5～11.9GHz频率范围内，吸收量A随微波频率f的变化如图2所示。从图1中可知，LiFe₅O₈具有较好的吸波性能，吸收频带较宽，35dB带宽为1.5GHz，在涂层厚度1.2mm时，最大吸收量为38.4dB，但没有出现明显的吸收峰，在频率高于9.7GHz以上时，吸收量随频率增高而减小。x=0.01的样品，在9.0GHz以上频段吸波性能有所改善，且在9.8GHz处出现吸收峰，吸收量高达42.8dB，35dB带宽增至1.8GHz，而低频区吸波性能下降，吸收量小于LiFe₅O₈的。x=0.05的样品，在9.4GHz以上频段吸收量小于LiFe₅O₈及x=0.01的样品的，吸收峰位置移到9.2GHz处，吸收量为38dB，仅当x=0.03的样品，在9.9GHz以上频段吸波性能明显提高，特别是对高频改善显著，且吸收峰位置移到10.6GHz处，最大吸收量为44.8dB，吸收频带明显增宽，35dB带宽达2.5GHz，具有较高的研究价值。

    目前对于超微粉末的吸波机理研究较少，由文献[5]知，当材料晶粒小于某一临界尺寸时，在晶粒边界上，畴壁被钉扎的机会增多了，而涡流损耗正比于畴壁运动速度的平方平均值，当掺入适量的稀土杂质后，畴壁运动受到杂质La元素的钉扎作用，其速度可能减小，但在微波电场中，当它挣脱钉扎的短时间内，其运动速度会大幅度增加，因此，畴壁被钉扎和挣脱钉扎的过程引起的损耗要比不受钉扎时的大。
    由图1发现，稀土La的掺入量不同，对锂铁氧体结构有一定影响，当x=0.05时，除尖晶石结构相外，出现了不利于改善材料吸波特性的Fe₂O₃相，使材料吸波性能下降。而x=0.03时，出现了有利于改善锂铁氧体吸波特性的正交结构LaFeO₃相，吸收量明显提高。另外，由于稀土La具有双重六角晶格结构，晶体对称性低，具有很高的磁晶各向异性，在锂铁氧体中形成间隙离子取代部分铁原子，从而形成固有电偶极子，引起介电损耗增大，所以适当掺入镧元素有利于改善锂铁氧体吸波特性。
4  结论
    （1）溶胶-凝胶法可制备出纳米级的超微粉料，且反应条件温和，焙烧温度低，时间短，合成方法简便，是制备超微粉末吸波材料的有效方法。
    （2）掺入稀土元素镧能改善锂铁氧体的吸波特性，但稀土加入量并非越多越好，加入稀土的种类及数量应由材料体系及结构来决定，对镧锂铁氧体最佳配方为LiLa_0.03Fe_4.97O₈。

参考文献：

[1]  张立德, 牟秀美. 纳米材料和纳米结构[M]. 北京: 科学出版社, 2001.
[2]  李景新, 黄因慧, 沈以赴. 纳米材料加工技术[J]. 材料科学与工程, 2001, 19(3): 177-121.
[3]  方以坤, 汪忠柱, 方庞清. 纳米晶六角晶系M型铁氧体微波吸收特性研究[J]. 功能材料, 2001, 32(4): 370-371.
[4]  范薇, 李熙, 吕宝顺, 等. 锂铁氧体纳米晶材料的制备与微波吸收性能的研究[J]. 磁性材料及器件, 1998, 29(2): 38-42.
[5]  钟文定. 铁磁学（中册）[M]. 北京: 科学出版社, 1998.