兰州理工大学申莹莹教授、秦嘉毅同学《材料科学杂志：电子材料》：高熵尖晶石铁氧体的形成机制及吸波机理

【研究背景】

随着5G通信技术和电子设备的快速发展，电磁环境日益复杂，电磁干扰和辐射污染问题不断加剧，对兼具轻质、薄层、强吸收和宽频特性的微波吸收材料提出了更高要求。尖晶石铁氧体具有良好的磁损耗能力、化学稳定性及成熟的制备工艺，是重要的磁性吸波材料。然而，传统单组分尖晶石铁氧体损耗机制较为单一，有效吸收带宽较窄；通过与碳材料、导电聚合物等构建复合材料虽可改善吸波性能，但往往存在制备过程复杂和稳定性不足等问题。高熵设计通过多组元协同、晶格畸变和缺陷效应，为调控尖晶石铁氧体的电磁损耗性能提供了新的思路。

【研究亮点】

提出了一种基于高熵设计与高温淬火相结合的尖晶石铁氧体制备策略。通过将Fe、Co、Ni、Cu、Mg五种二价阳离子等摩尔引入尖晶石晶格，利用高熵效应促进多组元固溶，并通过快速淬火保留高温形成的物相结构、阳离子分布及缺陷状态。多阳离子随机占位产生的晶格畸变和氧空位进一步调控材料的磁损耗与介电极化行为，从而实现对高熵尖晶石铁氧体微波吸收性能的协同增强。

【制备流程】

以Fe₃O₄、CoO、NiO、CuO和MgO粉末为原料，按照(Fe_0.2Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2Mg_0.2)Fe₂O₄的化学计量比进行称量。将混合粉末置于氧化锆球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨混合4 h。随后将浆料在60 ℃下干燥，并压制成直径约30 mm的圆片。将前驱体置于立式淬火炉中，在空气气氛下分别加热至800、900、1000、1100和1200 ℃，保温4 h后迅速取出并进行水淬至室温，分别得到HEO-800、HEO-900、HEO-1000、HEO-1100和HEO-1200样品。

【结论】

采用高温淬火法成功制备了高熵尖晶石铁氧体(Fe_0.2Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2Mg_0.2)Fe₂O₄。在800-1000 ℃时样品中仍存在Fe₂O₃中间相，而当烧结温度提高至1100-1200 ℃后，Fe₂O₃基本消失并形成稳定的单相尖晶石结构；多种阳离子的固溶引起明显晶格畸变和氧空位，并改善材料的磁性能。HEO-1100的饱和磁化强度M_s为56.03 emu/g，矫顽力H_c为207.46 Oe。其电磁波衰减以磁损耗为主、介电极化损耗为辅，其中自然共振和交换共振是主要磁损耗来源，晶格畸变和氧空位产生的偶极及缺陷极化则有助于改善阻抗匹配。HEO-1100在5.44 GHz、厚度5.0 mm时最低反射损耗达到-29.94 dB，在厚度仅2.22 mm时获得6 GHz的最大有效吸收带宽，覆盖11.04-17.04 GHz，表现出良好的宽频微波吸收性能。

【论文链接】

https://doi.org/10.1007/s10854-026-18083-1