窄范围Cu2+掺杂SrFe12O19的尖锐性能转变及其在磁性与微波应用中的突破

本研究通过共沉淀法合成Cu2+掺杂SrFe12-xCuxO19（x=0.00–0.12），揭示了窄掺杂范围内（x=0.06–0.12）晶体结构、磁学性能（Ms、Hc）和介电损耗（tanδ）的急剧变化。XRD与SEM证实晶格收缩（体积减小24.29?3）和形貌转变（1.7μm→700nm），VSM显示磁参数非线性变化（Hc峰值7748Oe），高频介电损耗降低120倍，为高矫顽力磁器件和微波吸收材料设计提供精准调控策略。

　　

Highlight

这项研究在窄范围Cu²⁺掺杂（x=0.06–0.12）中观察到显著的性能突变，凸显了材料对成分调控的极端敏感性。

XRD研究

X射线衍射(XRD)图谱显示SrFe_12-xCu_xO₁₉样品保留了M型六方结构（JCPDS 33-1340），但在高铜含量时出现微量杂相（CuO/Cu₂O）。Rietveld精修验证未掺杂样品的相纯度，晶胞体积从682.95?³（x=0）锐减至658.66?³（x=0.03），Scherrer公式计算最小晶粒尺寸为14.26nm（x=0.06）。Williamson-Hall分析进一步揭示5.21-7.58nm的超细晶粒和x=0.06处的峰值微应变。

SEM形貌分析

扫描电镜(SEM)图像捕捉到戏剧性形貌演化：未掺杂样品呈现1.7μm规则六边形晶粒，而Cu含量增加导致颗粒尺寸减半（700-900nm）并形成不规则团聚体，这种结构坍塌直接关联磁性能突变。

磁性能突破

振动样品磁强计(VSM)测量发现饱和磁化强度(Ms)先骤降至41.10emu/g（x=0.06），后反弹至67.21emu/g（x=0.12），归因于Fe³⁺重排和自旋倾斜减弱。矫顽力(Hc)在x=0.06达到7748Oe的峰值，源于应变诱导的磁畴钉扎效应——比未掺杂样品提升2.3倍！

介电性能优化

高频区介电损耗(tanδ)从12.0（x=0）断崖式降至0.1（x=0.12），相当于实现120倍的损耗抑制，这种"介电悬崖"现象使材料成为微波吸收器的理想候选。

Conclusion

铜掺杂在x=0.06-0.12窗口引发的"性能雪崩"效应（晶格坍塌→磁各向异性剧变→介电损耗跳水），为开发新一代电磁兼容材料提供了原子级调控范式。