磁铅石型铁氧体纳米纤维及有序阵列的电纺制备和磁性研究

磁铅石型铁氧体具有片状结构和高的磁晶各向异性，是一种性能优良的永磁材料和吸波材料。目前磁铅石型铁氧体材料研究主要集中在粉体和薄膜材料方面，在一维尺度上的研究有待深入。本申请提出采用静电纺丝方法来制备一维磁铅石型铁氧体基纳米纤维，通过稀土离子掺杂、非磁性体复合和采用自制的接收装置，研制出各种磁铅石型铁氧体基复合纳米纤维和有序纳米纤维阵列，并分别对无序电纺纳米纤维和有序纳米纤维阵列（外场分别平行和垂直于纳米纤维阵列线轴）的磁性能进行了测试，开展纳米纤维磁性变化与有序性的关联及机理研究，为电纺磁性纤维的应用与器件研发奠定理论与实验基础。

磁铅石型铁氧体是一种具有六角晶体结构的亚铁磁性氧化物，具有多种优异的磁学性能。它不仅被用作传统的永磁材料，而且在无线电电子学、自动控制、计算机、高密度信息磁记录介质、隐身技术和电磁波屏蔽中也得到广泛应用。工业上广泛使用的钡铁氧体（BaFe12O19）和锶铁氧体（SrFe12O19）永磁材料就是磁铅石型铁氧体的典型代表。六角晶系磁铅石型铁氧体的片状结构是吸收剂的最佳结构，其赋予磁铅石型铁氧体更好的吸波性能。同时，六角晶系磁铅石型铁氧体材料的单轴磁晶各向异性能高，垂直磁各向异性常数大，具有较大的矫顽力和磁能积。这些独特的结构性能使得磁铅石型铁氧体材料的研究开发受到各国学者的高度重视。目前，磁铅石型铁氧体材料研究主要集中在粉体和薄膜材料方面，在一维尺度上的研究有待深入。本项目采用静电纺丝结合溶胶-凝胶法制备一维磁铅石型铁氧体基纳米纤维，通过稀土离子掺杂、非磁性体复合和采用自制的接收装置，成功研制出磁铅石型钡铁氧体(BaFe12O19)、铝掺杂BaFe12O19 (BaFe12-xAlxO19)、稀土镧掺杂BaFe12O19(Ba1-xLaxFe12O19)、二氧化钛/锶铁氧体(TiO2/SrFe12O19)及有序取向的钡铁氧体纳米纤维，并分别对无序电纺纳米纤维和有序纳米纤维阵列(外场分别平行和垂直于纳米纤维阵列线轴)的磁性能进行了测试，开展纳米纤维磁性变化与有序性的关联及机理研究。项目研究得出磁铅石型铁氧体基纳米纤维材料的电纺制备工艺；稀土离子掺杂和非磁性体掺杂对电纺溶液可纺性的影响规律，发现纳米纤维的复介电常数和复磁导率与未掺杂样品相比都有所增加，导致介电损耗和磁损耗增加。同时，研究结果揭示了纤维磁性变化与有序阵列结构的关联及机理，发现取向的钡铁氧体纤维具有明显的磁各向异性，平行纤维取向方向的Ms=68.468 A m2/kg，垂直方向的Ms=55.712 A m2/kg，可见沿着纤维轴方向为样品的易磁化方向。由于两个方向上的矩磁比Mr/Ms=0.5和Hc相同，说明样品的磁各向异性主要由于形状各向异性引起，而非磁晶的各向异性引起。通过本项目的研究为电纺磁性纤维的应用与器件研发奠定理论与实验基础。