近年来，随着民用电子通讯技术和军用雷达探测技术的飞速发展，电磁兼容与电磁干扰问题日趋严重，因而可用于日常电磁辐射防护领域和反雷达武装的吸波材料受到了广泛的重视和深入的研究^[1,2,3,4]。现代吸波材料正朝着介电和磁性复合材料方向发展，因为通过复合既可以保持两组分的优点，又可以调节材料的电磁参数，改进匹配和吸收效果，提高综合性能^[5,6]，满足新型吸波材料“薄、宽、轻、强”的要求。

羰基铁(Fe(CO)₅)属于磁损耗型材料，具有较高的饱和磁化强度，稳定性强，在低频段吸波效果尤为突出，但其密度大、损耗机制单一、吸收频带窄^[7,8,9]，使其无法满足越来越高的应用要求。钛酸钡(BaTiO₃)是最早发现的钙钛矿铁电体之一，在居里温度附近，钛酸钡的晶体结构由立方相转变为四方相，从而具有高的介电常数以及优良的铁电性、压电性和绝缘性能等介电性能，在微波电磁场作用下，主要依靠电偶极子的取向极化和界面极化损耗衰减电磁波，是良好的介电损耗型吸波材料^[10,11,12]。目前，国内外有关制备羰基铁/钛酸钡复合吸波材料的研究鲜见报道。因此，本工作采用物理共混法制备羰基铁/钛酸钡复合材料，通过改变钛酸钡的含量，调节复合材料的电磁参数，使其在低频段的吸波性能有了很大的提高，并且其吸收峰向低频区移动，这对于在低频段(0~6GHz)内获取性能优异的吸波材料有着重要意义。

钛酸四丁酯(分析纯)，醋酸钡(分析纯)，羰基铁粉体(产品型号RW，江苏天一超细金属粉有限公司)，盐酸溶液(1mol/L)。

钛酸钡采用溶胶-凝胶法制备。称取31.3741g的钛酸四丁酯液体，按照n_Ti:n_Ba=1:1称取醋酸钡固体的量23.5457g；将称好的钛酸四丁酯溶于30mL的乙醇中，用强磁力搅拌器使其充分混合，然后逐滴的往里滴加1mol/L的盐酸30mL，继续搅拌，制得A液；再将醋酸钡溶解于70mL的蒸馏水中，在40℃的水浴中使其充分溶解，待得醋酸钡完全溶解后，将其从水浴中取出冷却至室温，制得B液。再将A液置于40℃的水浴中，控制温度为40℃，往A液中逐滴的加入B液，直至完全滴完。然后经过磁力搅拌器搅拌，0.5h后形成溶胶，再将溶胶置于室温下沉化4h后将其放入烘箱中，烘干24h后将产物放入马弗炉中煅烧，2h后将产物随炉冷却至室温，然后取出，研磨，装袋，留待备用。

羰基铁/钛酸钡复合材料采用物理共混法制备。把不同质量比(ω_BaTiO3=0%，2%，3%，4%，5%，6%)的羰基铁粉体和钛酸钡，置于玻璃研钵中，研磨2h得到羰基铁/钛酸钡复合材料。

样品物相和结构采用D/max-rA型X射线衍射仪，CuK_α辐射，波长为0.15418nm分析，其形貌分析用H-800型透射电镜和SU-1500扫描电子显微镜，吸波性能利用PNA362X型矢量网络分析仪测试分析，将制得粉末样品研磨后用石蜡作黏结剂，按样品与石蜡质量比为7:3均匀混合，在温度约为60℃时将其混熔，然后快速放入样品厚度为3mm的圆柱形模具中，待凝固后测试。

图1为不同样品的XRD图。从图1中曲线a可以看出，在2θ=22°，31°，39°，45.1°，45.2°，50°，56°，65°和70°的特征吸收峰分别与BaTiO₃的 (100)，(110)，(111)，(002)，(200)，(210)，(211)，(202)，和(300)晶面的衍射峰对应，表明所制备的样品为纯的具有钙钛矿结构的四方晶型BaTiO^{[13, 14]}₃。图1曲线c与PDF 标准卡片 (JCPDS 06-0696)的衍射峰一致，说明Fe(CO)₅为立方晶型^[15]。图1曲线b中同时出现了Fe(CO)₅和BaTiO₃的特征衍射峰，而且衍射峰的位置基本一致,说明经研磨后已形成Fe(CO)₅/BaTiO₃复合体系，并且复合后羰基铁和钛酸钡的晶型都未发生改变。

	图1 不同样品的XRD图 Fig.1 XRD patterns of different samples
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图2(a)和图2(b)分别为纳米BaTiO₃和Fe(CO)₅/BaTiO₃复合材料的TEM图，图3为Fe(CO)₅的SEM图。从图2(a)和图3可以分别看出，纳米BaTiO₃为粒径约60nm的四方晶体，但分散不是很均匀；Fe(CO)₅为分散均匀的球形，粒径在100~200nm。当BaTiO₃和Fe(CO)₅经研磨复合后，BaTiO₃均匀的分散在Fe(CO)₅样品中，其中颜色较深的为BaTiO₃，较浅的为Fe(CO)₅，如图2(b)所示，其颜色差异是因为不同物质对电子穿透性的不同造成的。

	图2 不同样品的TEM图(a)BaTiO3;(b)Fe(CO)5/BaTiO3(ω BaTiO3=4%) Fig.2 TEM photographs of BaTiO3 particles (a) and Fe(CO)5/BaTiO3 composite
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	图3 Fe(CO)5的SEM图 Fig.3 SEM photograph of Fe(CO)5
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介电常数(实部ε′，虚部ε″)和磁导率(实部μ′，虚部μ″)决定着吸波材料中电磁能的积蓄和消耗，是反映吸波涂层电磁特性的重要参量。理想的吸波涂层的电磁参数必须满足匹配和衰减特性。一方面电磁波能最大限度地进入材料内部，另一方面进入材料内部的电磁波能迅速地被衰减掉，这就要求在较宽的频率内μ≈ε，且介电损耗tgδ_ε =ε″/ε′与磁损耗tgδ_μ =μ″/μ′要尽可能大^[16]。因此，在固定应用频段和材料厚度的情况下，所选用材料的电磁参数(μ′，μ″，ε′，ε″)对材料的吸波性能起着决定性的作用。

图4为不同BaTiO₃含量复合材料的磁导率随频率的变化曲线。从图4可以看出，BaTiO₃的掺入会使复合材料的μ′出现不同程度的下降。但是，随着BaTiO₃含量的增加，复合材料的μ″先增大后减小，当ω_BaTiO3=4%时，μ″在4.845GHz达到最大值4.4。这主要是由于羰基铁的密度大，与石蜡混合后，在试样中的体积密度很小，无法形成连续的微波吸收层，降低了羰基铁的磁损耗性能；而钛酸钡的密度较小，钛酸钡的掺入导致复合材料在试样中的体积密度增加，粒子间作用距离减小，使电磁波在基体中的散射增强，电磁波与粒子、粒子与粒子间的电磁耦合作用增强，因而提高了吸波材料对电磁波的吸收能力，而随着钛酸钡含量的增加，羰基铁粉含量减少时，由于羰基铁粉颗粒与颗粒之间的间距较大并且有钛酸钡隔断，难于形成连续的磁性涡流，故其μ″又随之降低。

	图4 不同BaTiO3含量复合材料的磁导率随频率的变化曲线 (a)实部;(b)虚部 Fig.4 Permeability versus frequency for the composites with different BaTiO3 contents(a) real part;(b) imaginary part
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同时，从图4中也可看出，复合材料的μ′随着频率的增加明显降低，呈现出频散效应。这主要是由于在较低频率的交变磁场中，不论是畴壁位移还是磁矩转动的磁化过程都是以有限的速度进行，随着频率的增加，当频率变化时间小于羰基铁粉弛豫时间，即磁化的时间滞后于领先的磁场改变，引起羰基铁粉的磁后效效应，最终导致以其为吸收剂的复合材料电磁参数的频散效应^[7]，这种效应有利于实现阻抗匹配，对实现复合材料的宽频吸收非常有利。

图5为不同BaTiO₃含量复合材料的介电常数随频率的变化曲线。从图5可以看出，BaTiO₃的掺入对复合材料的ε′和ε″都有较大的提高,当ω_BaTiO3=4%时，其ε′和ε″分别在3.912GHz和5.154GHz具有最大值15.7和16.8，随着BaTiO₃含量的增大，复合材料的ε′略微减小，而ε″缓慢增大，这主要是由于：一方面钛酸钡属于介电型材料，因而钛酸钡的掺入会使整个复合体系的介电常数增大；另一方面由于羰基铁的存在，在羰基铁和钛酸钡之间形成大量的界面，增强了不同介质之间的界面极化，表现出实部和虚部增加。

	图5 不同BaTiO3含量复合材料的介电常数随频率的变化曲线 (a)实部;(b)虚部 Fig.5 Permittivity versus frequency for the composites with different BaTiO3 contents (a) real part;(b) imaginary part
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根据传输线理论，对于单层材料构成的微波吸收体，电磁波垂直入射时其反射系数为：

将测量所得的电磁参量数据代入上述公式，通过计算获得各样品的反射系数曲线，见图6，并将相关数据列于表1。可以看出，在0~6GHz范围内，羰基铁/钛酸钡复合材料的吸波性能较纯羰基铁有了很大的提高，有效吸收频带拓宽，而且其吸收峰向低频区移动。同时可以看出，随着钛酸钡含量的增大，复合材料的吸收峰值先减小后增大，当ω_BaTiO3=4%时，复合材料的吸波性能最佳，其最大吸收峰值为-22.9dB，-10dB频宽为2.196GHz，覆盖了3.804~6.000GHz频域。表明介电损耗型钛酸钡与磁损耗型羰基铁进行复合，适量钛酸钡的掺入能有效地减弱羰基铁颗粒之间的传导性,提高复合材料的介电性,使其更好地满足电磁匹配特性,使更多频段的电磁波能够进入复合材料内部而被衰减掉,从而提高了复合材料的吸波性能。

	图6 不同BaTiO3含量复合材料的反射率曲线 Fig.6 Reflectivity curves of the composites with BaTiO3 contents
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(1)采用溶胶-凝胶法制备出粒径约60nm的四方晶相纳米BaTiO₃。

(2)采用物理共混法制备出Fe(CO)₅/BaTiO₃复合材料，其中BaTiO₃均匀地分散在Fe(CO)₅样品中，并且复合后各自的晶型都未发生改变。

(3)在0~6GHz范围内，当ω_BaTiO3=4%时，复合材料的吸波性能最佳，其最大吸收峰值为-22.9dB，-10dB频宽为2.196GHz。表明介电损耗型钛酸钡与磁损耗型羰基铁进行复合，通过改变钛酸钡的含量，调节Fe(CO)₅/BaTiO₃复合材料的电磁参数，可制备出性能优异的吸波材料。