کامپوزیت های باریوم فریتی نوعW

فریت های هگزاگونال ( Me_2 W ) یعنی BaMe_2 Fe_16 O_27 ( Me= یون های فلزی دو ظرفیتی)، دارای بالاترین دمای کوری ( ) و بالاترین مغناطش اشباع ( ) در دمای اتاق هستند. این مسئله به دلیل نسبت بالای یون های مغناطیسی به یون های اکسیژن، می باشد. خواص ذاتی مغناطیسی در جدول 1 نشان داده شده است. دارای آنیزوتروپی محور C هستند و میدان های آنیزوتروپی در محور C آنها نیز بالاست. فرکانس رزونانسی ( ) فریت های می تواند تا مقدار 36GHz نیز برسد. این مقدار از مقدار میدان آنیزوتروپی برابر با 5/12 KOe، حاصل شده است. از جانشینی Co برای اصلاح آنیزوتروپی و تبدیل آن از آنیزوتروپی محور C به آنیزوتروپی صفحه ی C، استفاده می شود. از اندازه گیری رزونانس فرومغناطیس و مغناطیسی نمونه های موازی این فهمیده می شود که  دارای آنیزوتروپی صفحه ی C با آنیزوتروپی خارج صفحه ای است و مقدار آن برابر با 2/21 KOe است. از آنجایی که جایگزینی Zn نیز قادر به افزایش است، جایگزینی CoZn اغلب برای بهبود خواص مغناطیسی فریت باریوم نوع W در فرکانس بالا، مورد استفاده قرار می گیرد.
خواص مغناطیسی در فرکانس بالا، به طور کانل بوسیله ی Paoluzi و همکارانش و Li و همکارانش، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج تجربی معرف در جدول 2 نشان داده شده است. الگوهای تفرق اشعه ی X (XRD) نمونه های موازی با هم، نشان داده است که انتقال آنیزوتروپی مغناطیسی در x~0.7 انجام می شود که این مسئله وابستگی میدان پسماندزدا ( ) به x را تأیید می کند. با جایگزینی بیشتر یون های Co از 1x=به مقدار 2، و به ترتیب از 5/14 به 4 و از 5/6 به 5/1 کاهش می یابد؛ در حالی که fR برای سرامیک های فریتی نوع W، از 7/0 به مقدار 5/2 GHz کاهش می یابد. برای کامپوزیت های مربوطه با غلظت حجمی 35/0p=، وقتی مقدار Co از 7/0 تا 5/1 تغییر می کند، و به ترتیب از 4/2 به 8/1و از 8/0 به 6/0، کاهش می یابد.
این در حالی که از 5/2 به 12 GHzشیفت یافته است. برای آنهایی که 5/0p= است، مقادیر برابر با 6/3، 8/2 و 0/2 است و نیز برابر با 3/1، 1/1، 8/0 و 3/0 هستند، در حالی که مقادیر برابر با 5/2، 0/6، 0/12 و بیشتر از 5/16 GHz است (به ترتیب برای 7/0 x=،0/1 ،5/1 و 2)
همانگونه که در بخش مربوط به اثر دوپ شوندگی، اشاره شد، دوپ شوندگی فریت های هگزاگونال با اکسیدها می تواند موجب افزایش و کامپوزیت می شود. اثر دوپ شوندگی اکسیدهای مختلف بر روی خواص مغناطیسی و دی الکتریک کامپوزیت های فریتی به طور کامل بوسیله ی Li و همکارانش مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج قابل توجه برای کامپوزیت های جایگزین شده با CoZn در جدول 3 آورده شده است.
برای کامپوزیت های تولید شده از فریت های دوپ نشده، و و به ترتیب برابر با 2/3، 2/1 و 9/5 GHz است. دوپ شوندگی تمام اکسیدها می تواند موجب افزایش همزمان در و و کاهش در می شود. دوپ شدن CaO, CuO و MnO2، موجب افزایش به مقدار 0/4 تا 6/4 و کاهش fR به فرکانس های پایین تر می شود. کامپوزیت های تولید شده از فریت های دوپ شده با دارای بالاترین مقدار هستند. که این مسئله به دلیل مشارکت قابل توجه این یون ها در ایجاد آنیزوتروپی، ربط دارد. متاسفانه، بیشتر افزودنی ها موجب افزایش قابل توجه در ε^"کامپوزیت ها می شوند. برای مثال، افزودن 0.5 % CaO، موجب افزایش از مقدار 2/3 به مقدار 0/4 می شود. به هر حال، این افزوده شدن، همچنین موجب تغییر "ε از مقدار 5/7 به مقدار 22 می شود. افزایش در "ε در تشکیل یون های در فریت ها، مشارکت می کند. پلاریزاسیون قوی تر یونهای نسبت به یون های و جست و خیز الکترونی میان یون های و در مکان های برابر، موجب افزایش می شود. به دلیل اینکه، مقاومت در مرزدانه ها بیشتر از دانه هاست، الکترون های جست و خیز کننده ی بیشتری در مرزدانه ها تجمع می یابند (در فرکانس های پایین). در نتیجه، ε^" دارای وابستگی قوی با فرکانس است و با کاهش فرکانس، "ε افزایش می یابد.
از جدول 3 فهمیده می شود که دوپ شدن بسیار مورد توجه است. و به میزان 40 تا 50 % افزایش می یابد در حالی که تقریبا یکسان هستند (این مسئله قبل و بعد از دوپ شدن، مشاهده می شود).
فریت های دوپ شده با تقریبا دارای مقاومت یکسانی با نمونه های دوپ نشده، هستند و برابربا . این مسئله بر این دلالت دارد که حضور V2O5از تشکیل یون های و انتقالات الکترونی میان یون های و ، جلوگیری می کند. به دلیل عدم تغییر در "ε و افزایش قابل توجه در و ، کارایی های افت قدرت موج در کامپوزیت های تولید شده از فریت های دوپ شده با به طور قابل توجهی بهبود می یابد. طیف نفوذپذیری کامپوزیت های فریتی بدون و با ، در شکل 2 نشان داده شده است. نمودارهای RL-f در ضخامت بهینه ی t در شکل 8 نشان داده شده است. پهناهای فرکانس برای RL<-10 dB، در ضخامتcm 3/0t=، گستره ی 5/3-8/13 GHz را پوشش دهی می کند. همچنین پهناهای باند نسبی W_Rبرابر با 9/3 نسبت به مقدار 3 برای مورد دوپ نشده، از جمله شاخصه های مهم دیگر است.
اثر جانشینی CoZn به همراه با دوپ شدن 1 % وزنی ، بر روی خواص فرکانس بالا و خواص فرسایش انرژی موج مربوط به کامپوزیت های (2 تا 0x=)، بوسیله ی Li و همکارانش و Wu و همکارانش، مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به طیف نفودپذیری مغناطیسی، این کامپوزیت ها را می توان به دو گروه تقسیم کرد. فریت های با مقدار x برابر 1، 3/1 و5/1 که دارای آنیزوتروپی صفحه ی C هستند و دارای پراکندگی شار مغناطیسی شبه رلکسیشن هستند (شکل 9). در این کامپوزیت ها، از 2/4 و 6/3 به 1/3 کاهش می یابد در حالی که به فرکانس های بالاتر شیفت پیدا می کند ( از فرکانس 4 و 5/6 به 8 GHz).
شکل 10a ویژگی های افت قدرت موج کامپوزیت ها (میرایی) را نشان می دهد. پهناهای فرکانس حد پایینی ( ) و حد بالایی ( ) برای RL<-10 dB، به فرکانس های بالاتر شیفت پیدا می کند. Flowاز 8/3 و 5 به 3/6 GHz افزایش می یابد در حالی که از مقدار 5/13 و 2/16 به مقداری بالاتر از 5/16 GHz، افزایش می یابد. در حالی که W_R مربوطه در ضخامتcm3/0t=برابر با 6/1:3 و در ضخامت 6/2 cm ، برابر با 3/1:2 و برای ضخامت 22/0 cm، بیشتر از 6/1:2می باشد.
به عبارت دیگر، فریت های با مقادیرx برابر 5/0، 6/0 و 65/0، دارای آنیزوتروپی محور C هستند و طیف نفوذپذیری این کامپوزیت ها دارای پراکندگی شار مغناطیسی شبه رزونانسی هستند (شکل 9). واقعا کوچک است و برابر با 3/1 تا 6/1 می باشد. به هر حال، به دلیل اینکه ضریب میرایی λبسیار کوچک است، مقادیر بزرگ از =1 و قابل حصول است. به دلیل داشتن آنیزوتروپی بالا در محور C، مقادیر بالای 13، 8/9 و 4/6 به ترتیب برای مقادیرx برابر 5/0، 6/0 و 65/0 قابل مشاهده است. شکل 10 ب نمودارهای RL-f کامپوزیت ها در ضخامت بهینه را نشان می دهد. این کامپوزیت ها می توانند پهنای باند واقعا وسیعی را در بازتاب پذیری بسیار کم و ضخامت اندک، ایجاد کنند. پهناهای باند این کامپوزیت ها که دارای مقادیرx برابر 5/0، 6/0 و 65/0، برای RL<-20 dB هستند، به ترتیب، گستره ی 12/5 تا 5/16 GHz، 3/8 تا 5/12 GHz و 5/6 تا 9 GHzرا در ضخامت های با مقادیرt برابر 16/0، 22/0 و 28/0cm ایجاد می کنند.
این کامپوزیت ها کاندیداهای بالقوه ای برای استفاده در کامپوزیت های EM با بازتاب پذیری پایین RL<-20 dB در باندهای X و هستند.

کامپوزیت های باریوم فریتی نوع Y

بیشتر فریت های به جز ( دارای آنیزوتروپی صفحه ای هستند که این مسئله در ساختار فضایی کریستالی آنها اثر گذار است. در این ماده، بلوک های 3.(ST) بدون هیچ گونه بلوک R ی حضور دارند. این فهمیده شده است که مکان های 2b یا 2d بلوک R نسبت به سایر مکان ها در این بلوک، سهم بیشتری در آنیزوتروپی مگنتوکریستالی دارند. علت این مسئله عدم تقارن بزرگتر این مکان هاست. بدون وجود بلوک های R، موجب می شود تا فریت های نوع Y عموما آنیزوتروپی صفحه ی c داشته باشند (این مسئله حتی در زمانی که یون های Co حضور ندارند، ایجاد می شود).
پارامترهای مغناطیسی استاتیک در جدول 4 آورده شده است. همانگونه که می توان این فریت را با سایر انواع فریت ها مقایسه کرد، این فهمیده می شود که فریت های دارای Ms نسبتا پایین و دمای کوری پایینی هستند. برای مثال، Tcبرای تنها 130 درجه ی سانتیگراد است. بالاترین Tc یعنی 390 درجه سانتیگراد، در مشاهده می شود. به هرحال، داشتن بسیار اندک در حدود 1 Oe موجب می شود تا هنوز قادر به نشان دادن نفوذپذیری مغناطیسی بالایی باشد.
فرکانس بالا و خواص میرایی موج در فریت های و کامپوزیت های آنها بوسیله ی محققین مختلفی گزارش شده است. طیف نفوذپذیری فریت های تک کریستال ازجنس بوسیله ی Obel و همکارانش در گستره ی 1/0 تا 10 GHz گزارش شده است و میزان در حدود 13، و برای این ماده، در 3/1GHz ، برابر با 12 می باشد. برای فریت های ، با جانشینی Co در گستره ی x از 0 تا 2/0، از 27 به 18 کاهش می یابد، در حالی که به فرکانس های بالاتر، شیفت داده می شود.
برای فریت های ، با جانشینی Zn در گستره ی x از 0 تا 6/1، مقادیر و به ترتیب از مقدار 4 به 15 و از 2 به 8 افزایش می یابند، در حالی که از 5/1 به 5/0 GHz شیفت داده می شود. برای کامپوزیت های با 43/0p=، خواص مغناطیسی و میرایی در فرکانس بالا (در گستره ی فرکانس2/0 تا 14 GHz)، مقادیر و به ترتیب برابر با 3-4 و 8/0-2/1 است. مواد میرا که از فریت های یا با ساختارهای چندلایه، تشکیل شده اند، دارای ویژگی های میرایی باند بلند با RL<-20 dB هستند. درصد پهنای باند ( W_P ) درضخامت 85/2 mm، برابر43 % (برای فریت های ) و 91% در ضخامت 3/8 mm (برای فریت های ) است. برای کامپوزیت های فریتی نوع Y که در آنها ZnCuCo جانشین شده است (با25/0p=)، =4 و حدود 1 GHZ در غلظت های Zn برابر با 2/1، حاصل می شود.
جدول 5-7 خواص مغناطیسی فرکانس بالا و استاتیک فریت های هگزاگونال و و و کامپوزیت های آنها را نشان می دهد.. طیف نفوذپذیری تمام کامپوزیت ها، از دو یا سه جزء تشکیل شده است که شامل رزونانس طبیعی و رزونانس مربوط به دیواره ی دومین می شود. با جانشینی Co، میدان آنیزوتروپی ( ) افزایش می یابد و بنابراین، ‘0µ کاهش می یابد و فرکانس رزونانس ( ) شیفت پیدا می کند.
به دلیل داشتن پراکندگی شار مغناطیسی شبه رلکسیشن، بین 6/1 تا 6/0 است (به عبارتی تقریبا نصف ).
از لحاظ کارایی های میرایی EM، کامپوزیت های فریتی نوع Y که در آنها Cu جانشین شده است، کامپوزیت های مورد نظر هستند. طیف نفوذپذیری مغناطیسی در کامپوزیت های ، شامل رزونانس طبیعی و دیواره ای (با سهم یکسان) است. این طیف دارای یک پراکندگی شبه رلکسیشن است که در آن برای رزونانس طبیعی برابر با 6/6، برابر با 2/7 در 6/1 GHz است. این مقادیر برای رزونانس دیواره ای برابر با 5/2 در 5/0 GHz است (شکل11 آ). طرح کلی شکل 11 از اتلاف بازتابش RL نسبت به فرکانس، را نشان می دهد. این دو ویژگی نسبت به ویژگی های مشاهده شده در کامپوزیت های فریتی نوع W که در ابتدا مورد بررسی قرار دادیم، متفاوت است. بخش تکمیلی شکل 11 نشاندهنده ی اتلاف انعکاس RL محاسبه شده نسبت به فرکانس می باشد. دو ویژگی این فریت ها نسبت به کامپوزیت های فریتی نوع W دیگر، متفاوت هستند. اول از همه، پهنای باند وسیع تر در این کامپوزیت ها ایجاد می شود که علت آن مقادیر بالای و است. باند فرکانس برای RL<-10 dB، گستره ی 6/2 تا 11 GHz را پوشش دهی می کند و پهنای باند نسبی ( ) در ضخامتcm 35/0t=، برابر با 2/1:4 می باشد.
دوماً حد پایین تر باند فرکانس به فرکانس های پایین تر (6/2 GHz) شیفت پیدا می کند که علت آن وجود پایین تر می باشد. بنابراین، این کامپوزیت ها موادی بالقوه برای استفاده به عنوان مواد کاهنده ی انرژی موج EM (با پهنای باند وسیع در باندهای S، C و X) می باشند. و برای کامپوزیت های فریتی
، طیف نفوذپذیری (با و در برابر 9 GHz) دارای پراکندگی شار مغناطیسی شبه رزونانسی برای رزونانس طبیعی است (شکل 12). باند فرکانس برای RL<-15 dB در ضخامت های کوچک (cm 22/0t=)، بین 8/0 تا 2/16 GHz می باشد. این کامپوزیت ها برای استفاده به عنوان مواد کاهنده ی انرژی موج EM در باند X و مناسب هستند .