All-Around Electromagnetic Wave Absorber Based on Ni–Zn Ferrite

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作者
Dipika Mandal,Bishal Bhandari,Suraj Venkateshwaran Mullurkara,Paul R. Ohodnicki
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (26): 33846-33854 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.4c06498
摘要

Exploring a convenient, scalable, yet effective broadband electromagnetic wave absorber (EMA) in the gigahertz (GHz) region is of high interest today to quench its expanding demand. Ni-Zn ferrite is considered as a potential EMA; however, their performance study as a scalable effective millimeter-length absorber is still limited. Herein, we investigated EM wave attenuation properties of Ni0.5Zn0.5Fe2O4 (NZF) samples substituting Mn ion in place of Fe3+ as well as Zn2+ within a widely used frequency range of 0.1-9 GHz. Through composition optimization, Ni0.5Zn0.4Mn0.1Fe2O4 (NZM0.1F) EMA demonstrates excellent microwave absorption performance accompanied by simultaneous maximum reflection loss (RL) of -50.2 dB and wide BW of 6.8 GHz (with RL < -10 dB, i.e., attenuation >90%) at an optimum thickness of 6 mm. Moreover, the attenuation constant significantly increases from ∼217 to 301 Np/m with Mn doping. The key contribution arises from magnetic-dielectric properties synergy along with enhanced dielectric and magnetic losses owing to cation chemistry and site occupation in spinel NZF. In addition, porosity is induced in the system by a controlled two-step heat treatment process that promotes total loss with multiple internal reflections of the EM wave. Furthermore, RL is simulated by varying incident EM wave angles for the NZM0.1F sample displaying its angle insensitivity up to 50°. Our results reveal NZM0.1F as a futuristic environment-friendly microwave absorber material that is suitable for practical high-frequency applications.
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