CN107428556A - 用于超高频率的Mo掺杂的Co2Z‑型铁氧体复合材料 - Google Patents

用于超高频率的Mo掺杂的Co2Z‑型铁氧体复合材料 Download PDF

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Abstract

提供了一种Co2Z六角铁氧体组合物，其包含钡和锶中的一者或两者以及钼，所述Co2Z六角铁氧体组合物具有式(Ba2Sr(3‑Z))Co(2+X)MoxFe(y‑2x)O41，其中x＝0.01至0.20；y＝20至24；并且z＝0至3。所述组合物可以表现出高的磁导率以及相等或基本上相等值的磁导率和电容率，同时保持低的磁损耗角正切和介电损耗角正切以及损耗因数。所述组合物适于高频率应用，例如超高频率和微波天线以及其他装置。

Description

用于超高频率的Mo掺杂的Co2Z-型铁氧体复合材料
背景技术
为了满足在多种商业和国防相关的工业中特别感兴趣的超高频率(UHF)、L-波段和S-波段应用中的装置不断增长的需求，需要改进的性能和小型化。作为雷达和现代无线通信系统中的关键组件，具有紧凑尺寸的天线元件在持续地被开发出来。然而，开发用于如此高频率应用的铁氧体材料是具有挑战性的。已知的铁氧体材料在高频下表现出相对高的磁损耗，这不能满足对实际天线设计的要求。
更一般地，在现代无线通信系统中，对于小型化结构的高性能装置的要求不断增加。表现出高磁导率的具有相等电容率并且具有低磁损耗和介电损耗的材料作为天线基材是理想的。这样的材料能够小型化，而同时保持或提高天线增益和带宽。具有高磁导率值的尖晶石铁氧体，例如NiZn铁氧体已被广泛用于高频率应用。然而，这些铁氧体表现出相对低的截止频率，这阻止其在高于0.3GHz的使用。一些六角铁氧体材料，例如钴取代钡的Y-型(Co2Y)和Z-型(Co2Z)六角铁氧体，由于其的高磁晶各向异性场和高磁导率而具有在高于1.0GHz下高得多的铁磁共振频率。因此，使用具有等于磁导率μ’的电容率ε’的值的磁性介电基底很普遍，这是由于除了其他优势以外基底与自由空间之间的阻抗匹配容易。然而，获得低磁损耗和介电损耗以及高磁导率的介电基底非常具有挑战性的。已报道了Co2Y的ε’为15至20并且μ’为2至3，同时Co2Z的ε’为12并且μ’为18至19，但是在f>0.5GHz下单相Y-型或Z-型铁氧体的磁损耗仍然相当高(损耗角正切，tanδμ>0.5)。
发明内容
本发明涉及用作在高频范围中操作的电子装置中的磁性材料的六角铁氧体组合物。所述六角铁氧体组合物包含钡和/或锶、钼、钴和铁并且具有Z-型六角铁氧体相。六角铁氧体可以是化学计量的或非化学计量的。在如本文所述的钡、锶和钼的取代下，可以提供在高频率范围内具有可调的磁导率和电容率以及低的介电损耗和磁损耗的磁性介电六角铁氧体组合物。对诸如微波天线基底的装置以及在诸如巨磁阻(giantmagnetoresistant，GMR)装置的自旋电子应用中的大规模生产而言，六角铁氧体组合物也可以是成本有效的。本发明还涉及制备六角铁氧体组合物的方法以及包含所述六角铁氧体组合物的制品、装置或部件。
所述方法和系统的其他方面包括以下：
1.一种六角铁氧体组合物，包含钡和锶中的一者或两者、铁、钴、以及钼，其中所述铁氧体组合物包含Z-型六角铁氧体相，所述六角铁氧体组合物具有式：
(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41
其中x＝0.01至0.20；
y＝20至24；并且
z＝0至3。
2.根据第1项所述的六角铁氧体组合物，其中x＝0.08至0.15。
3.根据第1项至第2项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中x＝0.10至0.12。
4.根据第1项至第3项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的磁导率实部(real permeability)为至少3.0。
5.根据第1项至第4项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为至少7.0。
6.根据第1项至第5项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为7.0至12.0。
7.根据第1项至第6项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中z＝1.2至3.0，并且所述六角铁氧体组合物在约0.1GHz到至少1.0GHz的频率范围内的磁导率实部为8.0至12.0。
8.根据第1项至第7项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中z＝0至0.5，并且所述六角铁氧体组合物在约0.1GHz至约3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为2.0至4.0。
9.根据第1项至第8项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的电容率实部(real permittivity)为至少6.0。
10.根据第1项至第9项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的电容率实部为至少8.0。
11.根据第1项至第10项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至10.0GHz的频率范围内的电容率实部为6.0至18.0。
12.根据第1项至第11项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物的电容率实部相对所述六角铁氧体组合物的磁导率实部的差异在10％以内。
13.根据第1项至第12项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物的特征阻抗以3％以内的差异匹配自由空间的阻抗。
14.根据第1项至第13项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至0.8GHz的频率下的介电损耗角正切tanδε小于0.02。
15.根据第1项至第14项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至1.0GHz的频率下的介电损耗角正切tanδε小于0.16。
16.根据第1项至第15项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.4GHz下的磁损耗角正切tanδμ为约0.1。
17.根据第1项至第16项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至0.8GHz的频率下的磁损耗角正切tanδμ小于0.3。
18.根据第1项至第17项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.5GHz的频率下的磁损耗角正切tanδμ小于0.95。
19.根据第1项至第18项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至1.0GHz的频率范围内的磁损耗角正切tanδμ为0.1至1.0。
20.根据第1项至第19项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.8GHz的频率下的介电损耗因数tanδε/ε’小于0.001。
21.根据第1项至第20项中任一项所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.8GHz的频率下的磁损耗因数tanδμ/μ’小于0.03。
22.一种制品，包含根据第1项至第21项中任一项所述的六角铁氧体组合物。
23.根据第22项所述的制品，其中所述制品是天线、滤波器、感应器、环行器或移相器。
24.根据第22项至第23项中任一项所述的制品，其中所述制品是微波天线。
25.根据第24项所述的制品，其中所述制品是在等于或大于0.1GHz的频率下可操作的天线。
26.根据第24项至第25项中任一项所述的制品，其中所述制品是在等于或大于0.3GHz的频率下可操作的天线。
27.根据第24项所述的制品，其中所述制品是在0.1GHz至1.5GHz下可操作的天线。
28.根据第24项和第27项中任一项所述的制品，其中所述制品是在0.3GHz至1.0GHz下可操作的天线。
29.根据第22项至第28项中任一项所述的制品，还包含第二六角铁氧体组合物，所述第二六角铁氧体组合物包含Z型六角铁氧体相，所述第二六角铁氧体组合物具有式：
(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41
其中x＝0.01至0.20；
y＝20至24；并且
z＝0至3；并且
其中在所述六角铁氧体组合物和所述第二六角铁氧体组合物中，Ba的量和Sr的量不同。
30.根据第29项所述的制品，其中所述第二六角铁氧体组合物的截止频率高于所述六角铁氧体组合物的截止频率。
31.根据第29项至第30项中任一项所述的制品，其中所述六角铁氧体组合物在约0.1GHz到至少1.0GHz的频率范围内的磁导率实部为8.0至12.0，所述第二六角铁氧体组合物在约0.1GHz至约3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为2.0至4.0。
32.根据第22项所述的制品，其中所述制品是巨磁阻装置或巨隧穿磁阻装置。
33.一种制备六角铁氧体组合物的方法，包括：
(a)提供包含Fe、Ba、Co和Mo的六角铁氧体相前体化合物，
(b)在空气中煅烧所述六角铁氧体相前体化合物以形成包含Z-型六角铁氧体相的材料。
34.根据第33项所述的方法，其中所述六角铁氧体相前体化合物包含Fe、Ba、Co和Mo的氧化物。
35.根据第33项至第34项中任一项所述的方法，其中所述六角铁氧体相前体化合物包含MoO2、BaCO3、Co3O4和Fe2O3。
36.根据第33项至第35项中任一项所述的方法，其中所述六角铁氧体相前体化合物包含0重量％至0.96重量％的MoO2、22.10重量％至22.18重量％的BaCO3、6.02重量％至6.59重量％的Co3O4和70.35重量％至71.8重量％的Fe2O3。
37.根据第33项至第36项中任一项所述的方法，其中在步骤(b)中，将所述前体化合物在1000℃至1300℃下煅烧。
38.根据第33项至第37项中任一项所述的方法，还包括：
(c)粉碎步骤(b)中形成的材料以形成粉末混合物；以及
(d)烧结所述粉末混合物。
39.根据第38项所述的方法，其中将所述粉末混合物在1200℃至1280℃下烧结。
40.根据第38项至第39项中任一项所述的方法，其中将所述粉末混合物烧结4小时至20小时。
41.根据第38项至第40项中任一项所述的方法，其中将所述粉末混合物在氧气气氛下烧结。
42.根据第38项至第41项中任一项所述的方法，还包括在步骤(d)之前使所述粉末混合物形成为压实体。
43.根据第38项至第42项中任一项所述的方法，还包括将粘合剂添加到所述粉末混合物中。
44.根据第43项所述的方法，其中所述粘合剂选自聚乙烯醇、甲基纤维素、聚乙二醇和聚(碳酸亚烷基酯)。
45.根据第43项至第44项中任一项所述的方法，其中所述粘合剂是占所述粉末混合物的8重量％至12％重量的聚乙烯醇。
46.根据第38项至第45项中任一项所述的方法，还包括
(e)粉碎步骤(d)中形成的材料以形成粉末混合物；以及
(f)使步骤(e)中形成的所述粉末混合物退火。
47.根据第46项所述的方法，其中使所述粉末混合物在800℃至1000℃下退火。
48.根据第46项至第47项中任一项所述的方法，其中使所述粉末混合退火9小时至20小时。
附图说明
将由以下详细描述结合附图更全面地理解本发明，其中：
图1A是Mo-Co2Z的磁导率的实部的频率依赖性图；
图1B是Mo-Co2Z的磁导率的虚部的频率依赖性图；
图2A是Mo-Co2Z六角铁氧体在0GHz至10GHz下的磁导率的磁损耗角正切的频率依赖性图；
图2B是Mo-Co2Z六角铁氧体在0GHz至1GHz下的磁导率的磁损耗角正切的频率依赖性图；
图3A是Mo-Co2Z六角铁氧体在f＝0.3GHz下的磁导率和磁损耗角正切随Mo含量变化的图；
图3B是Mo-Co2Z六角铁氧体在f＝0.8GHz下的磁导率和磁损耗角正切随Mo含量变化的图；
图4A是Mo-Co2Z六角铁氧体在0GHz至10GHz下的电容率实部的频率依赖性图；
图4B是Mo-Co2Z六角铁氧体在0GHz至1GHz下的电容率实部的频率依赖性图；
图5A是Mo-Co2Z六角铁氧体在0GHz至10GHz下的介电损耗角正切的频率依赖性图；
图5B是Mo-Co2Z六角铁氧体在0.0GHz至1.0GHz下的介电损耗角正切的频率依赖性图；
图6是Mo-Co2Z六角铁氧体在0.8GHz下的电容率和介电损耗角正切随Mo含量变化的图；
图7A是Mo-Co2Z六角铁氧体ZM5(x＝0.10)的磁导率、电容率以及磁损耗角正切和介电损耗角正切的频率依赖性图；
图7B是Mo-Co2Z六角铁氧体ZM6(x＝0.12)的磁导率、电容率以及磁损耗角正切和介电损耗角正切的频率依赖性图；
图8是Mo-Co2Z六角铁氧体ZM5(x＝0.10)和ZM6(x＝0.12)的磁导率、电容率以及磁损耗角正切和介电损耗角正切的频率依赖性图；
图9是举例说明具有不同Mo含量的Mo-Co2Z六角铁氧体样品的表面形态的一系列SEM；
图10是ZSF系列六角铁氧体样品的磁导率的频率依赖性图；
图11A是样品ZSF1的磁导率和磁损耗的频率依赖性图；
图11B是样品ZSF1的SEM；
图12A是样品ZSF2的磁导率和磁损耗的频率依赖性图；
图12B是样品ZSF2的SEM；
图13A是样品ZSF3的磁导率和磁损耗的频率依赖性图；
图13B是样品ZSF3的SEM；
图14A是样品ZSF4的磁导率和磁损耗的频率依赖性图；
图14B是样品ZSF4的SEM；
图15是样品ZSF1至样品ZSF4在0.1GHz至10.0GHz下的介电谱图；
图16是Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体的磁导率的频率依赖性图；
图17是Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体的磁损耗角正切的频率依赖性图；
图18是Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体在f＝1.0GHz下的磁导率和磁损耗角正切随Mo含量变化图；
图19是Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体的电容率的频率依赖性图；
图20是Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体的介电损耗角正切的频率依赖性图；
图21是Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体在1.0GHz下的电容率和介电损耗角正切随Mo含量变化的图；
图22A是M-型六角铁氧体的示意性晶体结构图；
图22B是Z-型六角铁氧体的示意性晶体结构图；以及
图22C是Y-型六角铁氧体的示意性晶体结构图。
具体实施方式
本发明涉及其中通过使用钼(Mo)来调节磁损耗和介电损耗同时保持高磁导率和/或低电容率的Co2Z-型六角铁氧体组合物。所述组合物涉及在Co2Z-型六角铁氧体中用Mo取代铁(Fe)。在化学计量和非化学计量两者的锶、钡或锶-钡Z-型六角铁氧体中，钼可以成功地降低磁损耗并且增强磁导率。一些实施方案中，MoO2可以用于降低Ba3Co2Fe24O41六角铁氧体(本文中的术语BaCo2Z六角铁氧体)中的磁损耗，并且在另一些实施方案中，降低Sr3Co2Fe24O41六角铁氧体(本文中的术语SrCo2Z六角铁氧体)中的磁损耗。在一些实施方案中，MoO2可以用于降低包含Ba和Sr两者和/或非化学计量的量的Fe的Co2Z六角铁氧体中的磁损耗。
更一般地，六方铁氧体或六角铁氧体是具有六方晶体结构并表现出磁特性的一类铁氧化物陶瓷化合物。已知若干类型或家族的六角铁氧体，包含Z型铁氧体，Ba3Me2Fe24O41，其中Me可以是小的2+阳离子，如Co、Ni或Zn。Sr可以取代Ba。其他六角铁氧体类型包括M-型六角铁氧体((Ba，Sr)Fe12O19)、W-型六角铁氧体((Ba，Sr)Me2Fe16O27)、Y-型六角铁氧体((Ba，Sr)2Me2Fe12O22)、X-型六角铁氧体((Ba，Sr)2Me2Fe28O46)、和U-型六角铁氧体((Ba，Sr)4Me2Fe36O60)。
钴取代钡的Z-型(Co2Z)六角铁氧体可以表现高的铁磁共振频率和磁导率，但是设计具有相等或基本上相等值的相对磁导率μ和相对电容率ε，以及低的磁损耗角正切和介电损耗角正切(tanδμ，tanδε)和损耗因数(tanδμ/μ，tanδε/ε)的高频率装置仍然具有挑战性。(如本文使用的，磁导率和电容率值分别是相对磁导率和相对电容率)。M-型相、Y-型相和Z-型相六角铁氧体的示意晶体结构图示于图16A至图16C中。六角铁氧体化合物由R、S和T层或这些层的小的改变组成。Y-型和Z-型六角铁氧体的一些特性示于表1中。
表1：Y-型和Z-型六角铁氧体的一些特性
本发明的六角铁氧体组合物适于在高频率应用中操作，并且特别是超高频率(UHF)和微波应用和装置，例如在超高和微波频率范围中可操作的天线、滤波器、感应器和环行器。超高频率(UHF)范围是0.3GHz至3GHz。微波频率范围是0.3GHz至300GHz。六角铁氧体组合物还适于在自旋电子应用中，例如巨磁阻(GMR)装置中。
本发明的六角铁氧体组合物包含Ba和Sr中的一者或两者、Fe、Co、以及Mo，并且具有Z型六角铁氧体相。六角铁氧体组合物具有式：
(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41
其中x＝0.01至0.20；
y＝20至24；并且
z＝0至3。
在一些实施方案中，x＝0.08至0.15。在另一些实施方案中，x＝0.10至0.12。
在一些实施方案中，所述组合物在高频率下表现出高的磁导率实部μ’：
在f＝0.1至1GHz下的磁导率：μ’>8；
在f＝0.1至0.8GHz下的磁导率：μ’>10。
此外，在一些实施方案中，所述组合物在f＝0.1GHz至1GHz下具有高的、相等或基本相等值的ε’和μ’(大约8至9)。所述组合物表现出低的磁损耗和介电损耗和损耗因数：
在f＝0.1GHz至0.8GHz下的损耗：tanδμ<0.3并且tanδε<0.01。
在f＝0.8GHz下的损耗因数：tanδμ/μ’<0.03并且tanδε/ε’<0.001。
在一些实施方案中，六角铁氧体组合物是其中1.2<z<3的Mo掺杂的BaCo2Z六角铁氧体。在一些实施方案中，六角铁氧体组合物是其中z＝3的Mo掺杂的BaCo2Z六角铁氧体。在一些实施方案中，Mo掺杂的BaCo2Z六角铁氧体在约0.1GHz至约1.0GHz的频率下的磁导率实部可以为8.0至12.0。在一些实施方案中，在Mo含量为0.08<x<0.15下，材料在f＝0.3GHz下的磁损耗角正切可以为0.08至0.15；并且在f＝0.8GHz下的磁损耗角正切可以为0.3至0.75。在一些实施方案中，在Mo含量为0.01<x<0.20下，所述材料在f＝0.1GHz至10.0GHz范围内的电容率实部可以为8至13。在一些实施方案中，对于Mo含量为0.01<x<0.12，在f＝0.1GHz至10.0GHz下，介电损耗角正切可以小于0.02。
Mo掺杂的BaCo2Z六角铁氧体可以用于如微波天线的应用。所述材料可以结合在不同频率范围(例如，更高的频率范围)内可操作的第二六角铁氧体来使用，以提供具有更大的操作频率范围的单个装置。在一些实施方案中，第二六角铁氧体可以是Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体。
在一些实施方案中，六角铁氧体组合物是其中0.0<z<0.5的Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体。在一些实施方案中，六角铁氧体组合物是其中z＝0.0的Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体。在一些实施方案中，Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体在约0.1GHz至约3.0GHz的频率范围内的磁导率实部是2.0至4.0。在一些实施方案中，Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体在f＝0.1GHz至1.0GHz内的磁导率实部可以是2.7至4.1。在一些实施方案中，在f＝1.0GHz且Mo含量为0.08<x<0.12下，磁导率实部大于3.6。在一些实施方案中，所述材料在f＝0.1GHz至1.0GHz下的磁损耗角正切可以为0.08至0.3。在一些实施方案中，在f＝1.0GHz且Mo含量为0.08<x<0.12下，磁损耗角正切小于0.25。在一些实施方案中，在Mo含量为0.01<x<0.20下，材料在f＝0.1GHz至10.0GHz内的电容率实部可以为12至18。在一些实施方案中，对于Mo含量为0.08<x<0.12，介电损耗角正切在f＝1.0GHz下可以小于0.03。
Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体可以用于如微波天线的应用。所述材料可以结合不同频率范围(例如，更低的频率范围)内可操作的第二六角铁氧体来使用，以提供具有更大的操作频率范围的单个装置。在一些实施方案中，第二六角铁氧体可以是Mo掺杂的BaCo2Z。
在一些实施方案中，六角铁氧体组合物是其中z＝1.5的具有Sr和Ba的Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体。在一些实施方案中，具有Sr和Ba的Mo掺杂的六角铁氧体组合物在f＝0.8GHz至1.0GHz下的磁导率实部可以为7.5至9.0。在一些实施方案中，具有Sr和Ba的Mo掺杂的六角铁氧体组合物在f＝0.8GHz至1.0GHz下的磁损耗角正切可以为0.7至0.2。在一些实施方案中，具有Sr和Ba的Mo掺杂的六角铁氧体组合物在f＝0.8GHz至1.0GHz下的电容率实部可以为6.6至8.7。在一些实施方案中，具有Sr和Ba的Mo掺杂的六角铁氧体组合物在f＝0.8GHz至1.0GHz下的介电损耗角正切可以为0.0019至0.0028。
在一些实施方案中，Mo掺杂的六角铁氧体组合物在约0.1GHz至约3GHz或更大的频率下的磁导率实部μ’为约2.0至约12.0。在一些实施方案中，在0.1GHz至至少3.0GHz范围的频率以及在一些实施方案中更高的频率下，磁导率实部为至少3.0、至少5.0、至少7.0、至少8.0、至少9.0、至少10.0、至少11.0、或至少12.0。
在一些实施方案中，六角铁氧体组合物在约0.1GHz至约10GHz的频率下的电容率实部ε’为约6.0至约18.0。在一些实施方案中，在0.1GHz到至少3.0GHz范围的频率以及在一些实施方案中更高的频率下，电容率实部为至少6.0、至少7.0、至少8.0、至少9.0、至少10.0、至少11.0、至少12.0、至少13.0、至少14.0、至少15.0、至少16.0、或至少17.0。
在一些实施方案中，六角铁氧体组合物的电容率实部ε’相对磁导率实部μ’的差异在10％以内。在另一些实施方案中，电容率实部相对磁导率实部的差异可以在15％以内、5％以内、2％以内或1％以内。六角铁氧体组合物的特征阻抗可以以3％以内的差异匹配自由空间的阻抗。在另一些实施方案中，特征阻抗可以以5％以内、2％以内或1％以内的差异匹配自由空间的阻抗。
在一些实施方案中，在小于约3.0GHz的频率下，磁损耗角正切tanδμ小于0.1至约1.0。在一些实施方案中，在小于约0.4GHz的频率下，磁损耗角正切小于0.3或小于0.1。在一些实施方案中，在小于约0.8GHz的频率下，磁损耗角正切小于0.75、小于0.5或小于0.3。在一些实施方案中，在小于约1.0GHz的频率下，磁损耗角正切小于0.95、小于0.6或小于0.3。在一些实施方案中，在小于约3.0GHz的频率下，磁损耗角正切小于2.4或小于0.9。
在一些实施方案中，六角铁氧体组合物在0.4GHz下的磁损耗角正切tanδμ为约0.1。在一些实施方案中，六角铁氧体组合物在0.1GHz至0.8GHz的频率下的磁损耗角正切tanδμ小于0.3。在一些实施方案中，六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.5GHz的频率下的磁损耗角正切tanδμ小于0.95。在一些实施方案中，六角铁氧体组合物在0.1GHz至1.0GHz的频率范围内的磁损耗角正切tanδμ为0.1至1.0。
在一些实施方案中，在小于约1.0GHz的频率以及在另一些实施方案中小于约10.0GHz的频率下，介电损耗角正切tanδε小于0.01至0.16。在小于约0.4GHz的频率下，在一些实施方案中介电损耗角正切小于0.12，在另一些实施方案中小于0.09，或者在又一些实施方案中小于0.02。在小于约1.0GHz的频率下，在一些实施方案中介电损耗角正切小于0.10，在另一些实施方案中小于0.08，或者在又一些实施方案中小于0.02。在小于约3.0GHz的频率下，在一些实施方案中介电损耗角正切小于0.07。
在一些实施方案中，六角铁氧体组合物在0.1GHz至0.8GHz的频率下的介电损耗角正切tanδε小于0.02。在一些实施方案中，六角铁氧体组合物在0.1GHz至1.0GHz频率下的介电损耗角正切tanδε小于0.16。
六角铁氧体组合物在高频范围内具有低介电损耗因数和磁损耗因数。在一些实施方案中，六角铁氧体组合物在0.8GHz的频率下的介电损耗因数tanδε/ε’小于0.001并且磁损耗因数tanδμ/μ’小于0.03。
可以以任何合适的方式来制备六角铁氧体组合物。在一个实施方案中，可以通过提供六角铁氧体相前体化合物来制备六角铁氧体组合物。合适的前体化合物可以是例如，Mo、Ba和/或Sr、Co和Fe的氧化物或碳酸盐。将前体化合物研磨成小粒径并混合，然后在空气中煅烧以形成包含Z-型六角铁氧体相的材料。将该材料研磨成小尺寸并且长时间混合得到更小的粒径，这可以助于降低形成六角铁氧体相所需的温度和能量。可以通过研磨、混合和烧结的顺序回合来减小粒径，在每个阶段之后筛分以确保粒径降低。将粒径减小到合适的范围所需的时间是粉末与球的质量比、球与圆柱材料、和所使用的溶剂(如果需要的话)的函数。合适的粒径范围是0.1μm至100μm，几十微米的有效直径是典型的。可以将煅烧之后所得的材料进行研磨以形成可被压制并烧结以形成致密固体的粉末混合物。可以将所得材料研磨并在流动的氧气中退火以提高将改善磁特性的相氧化学计量。
在一些实施方案中，提供了MoO2、BaCO3、SrCO3、Co3O4和Fe2O3的混合物。量可以以通过期望的标称化学计量确定的比例混合。在一些实施方案中，量可以为0重量％至0.96重量％的MoO2、22.10重量％至22.18重量％的BaCO3、6.02重量％至6.59重量％的Co3O4、和70.35重量％至71.8重量％的Fe2O3。
材料可以与溶剂混合并在使用多种球和圆柱材料的球磨机或其他合适的混合装置中研磨，例如，在不限制的情况下，滚筒混合机、振动磨机或行星磨机(plenary mill)中。在一个实施方案中，使用4级行星球磨机将材料在玛瑙罐中于400rpm下混合3小时。将材料以氧化物和碳酸盐对混合球对溶剂：1重量％：(1至2)重量％：(1至2)重量％的标称比例进行混合。溶剂可以例如并且在不限制的情况下为水，包括蒸馏水或去离子水；甲苯；或醇，包括例如，在不限制的情况下，乙醇或试剂级的醇(在一些实施方案中，其为90％的乙醇、5％的甲醇和5％的异丙醇)。在一些实施方案中，不需要使用溶剂。
可以将所得混合物在对流炉中于200℃至300℃下干燥3至10小时，并且然后压制成合适的形式以增加其密度。在一个实施方案中，可以将材料在成套模具(die set)中于0.1吨/cm2至0.3吨/cm2下单轴压制为1英寸的盘。根据所使用的压机，可以使用更高的压力。可以选择压力以在烧结之后实现合适的致密化(densification)。通常，在烧结之后超过90％的致密化是合适的。
可以将材料在空气中煅烧以形成Z-型六角铁氧体相。在一些实施方案中，可以将材料在1000℃至1300℃下煅烧。在一些实施方案中，可以使用以下煅烧温度曲线：
1)开始于环境温度(例如，约20℃)，在240分钟±60分钟内倾斜升温至1200℃±100℃；
2)在1200℃±100℃下保持300分钟±60分钟的一段时间；
3)例如在240分钟±60分钟的一段时间内，使炉冷却至环境温度。
可以将所得的经煅烧的铁氧体粉碎并通过#40筛以按照尺寸分离颗粒。可以例如在球磨机中将更小的颗粒和溶剂(例如，如上述的醇或水)研磨并干燥。可以将所得粉末压制成压实体，其中添加粘合剂以助于维持压实体形状。在一些实施方案中，粉末混合物的8重量％至12重量％的聚乙烯醇可以用作粘合剂。另外合适的粘合剂包含甲基纤维素、聚乙二醇或聚(碳酸亚烷基酯)。粘合剂在随后烧结期间被烧尽。
可以将压实体在炉，如管式炉中于合适的温度下烧结合适的时间。在一些实施方案中，可以将压实体在1200℃至1280℃下烧结。在一些实施方案中，可以将压实体烧结4小时至20小时。可以将压实体在管式炉中于氧气气氛下烧结以助于降低介电损耗。例如，在整个过程中，O2气体可以以0.5L/分钟至2.0L/分钟的速率流动。在一些实施方案中，可以使用以下烧结温度曲线：
1)开始于环境温度(例如，约20℃)，在180分钟±60分钟的一段时间内倾斜升温至800℃±100℃；
2)在180分钟±60分钟的一段时间内倾斜升温至1200℃±100℃；
3)在1200℃±100℃下保持240分钟±60分钟的一段时间；
4)例如在480分钟±60分钟的一段时间内使炉冷却至环境温度。
可以将经烧结的六角铁氧体粉碎，通过#100筛进行筛分，与溶剂(如上所述)一起研磨并干燥。所得的粉末可以在O2流中退火。在一些实施方案中，所得的粉末可以在800℃至1000℃下退火。在一些实施方案中，在整个退火过程期间O2气体以0.2L/分钟至2.0L/分钟流动的情况下，可以使用以下退火温度曲线：
1)开始于环境温度(例如，约20℃)，在80分钟±10分钟的一段时间内倾斜升温至400℃±100℃；
2)在200分钟±100分钟的一段时间内倾斜升温至900℃±100℃；
3)在900℃±100℃下保持240分钟±100分钟的一段时间；
4)例如在360分钟±100分钟的一段时间内，使炉冷却至环境温度。
在另一些实施方案中，在本文所述烧结步骤之前，可以通过机制，如流延(tapecasting)或增材制造来形成粉末混合物。
可以通过用Mo、Sr和Ba离子的取代来调节本文所述的Co2Z六角铁氧体的磁导率、电容率和共振频率。因此，这些Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体是在0.3GHz至10GHz下操作的微波磁性介电基底材料的期望候选者。这些组合物可以在高操作频率(0.1GHz至1GHz及更高)内表现高的磁导率(μ’>8)。可以实现相等或基本上相等值的磁导率和电容率，μ’和ε’两者均大于7，或者在一些实施方案中，在f＝0.8GHz下大于8，得到匹配的阻抗。所述组合物在f＝0.8GHz下可以具有低的磁损耗因数和介电损耗因数，例如，tanδμ/μ’＝0.03并且tanδε/ε’＝0.001。例如与Ir掺杂的六角铁氧体相比，材料的成本低。
六角铁氧体组合物可以用于在高频范围内可操作的各种装置，例如超高频率或微波天线、滤波器、感应器、环行器或移相器。在一些实施方案中，所述装置可以在大于0.1GHz的频率下，在一些实施方案中在大于0.3GHz的频率下，以及在一些实施方案中在大于0.5GHz的频率下可操作。在一些实施方案中，所述装置可以在高至1.0GHz、高至1.5GHz、高至3.0GHz或高至10.0GHz的频率下可操作。例如，在一些实施方案中所述装置可以在0.1GHz至1.5GHz的频率范围内可操作。在一些实施方案中，该装置可以在0.3GHz至1.0GHz的频率范围内可操作。在一些实施方案中，该装置可以在0.3GHz至0.5GHz的频率范围内可操作。在一些实施方案中，该装置可以在0.5GHz至1.0GHz的频率范围内可操作。
在一些装置中，可以使用两种或更多种六角铁氧体组合物，所述六角铁氧体组合物具有不同的截止频率，从而提供在更大的频率范围内的操作。例如，天线装置可以使用在更低频率范围(例如，0.1GHz至0.5GHz)内可操作的Mo掺杂的BaCo2Z六角铁氧体，以及在更高频率范围(例如，大于0.5GHz至1.5GHz)内可操作的Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体。
这种装置可以用于商业和军事应用，气象雷达、科学通信、移动和无线通信、车辆、飞行器通信、空间通信、卫星通信和监视。
六角铁氧体组合物可用于自旋电子应用，例如用于例如磁盘驱动器读头和其他数据存储和记忆装置中以及磁传感器中的巨磁阻(GMR)装置和巨隧穿磁阻(TMR)装置。其他自旋电子应用包括半导体装置，例如自旋晶体管和自旋发光二极管。
实施例1
通过两步陶瓷工艺来制备具有组成Ba3Co2+xMoxFe24-2xO41的多晶Co2Z六角铁氧体，其中x＝0、0.01、0.02、0.05、0.08、0.10、0.12、0.15和0.20。将BaCO3、MoO2、Co3O4和Fe2O3的起始材料在空气中于1000℃下煅烧6小时，然后粉碎和球磨。将包含90体积％的铁氧体细粉末和10体积％的聚乙烯醇(PVA)粘合剂的混合物压制成外径为7mm、内径为3mm并且宽度为2mm的环形线圈。该样品尺寸适合用于微波测量。由于氧气气氛可以助于降低介电损耗，因此将六角铁氧体样品在氧气中于1200℃至1280℃下烧结4小时至20小时作为最终的工艺步骤。(由于长的20小时的加热处理步骤，不使用通常用于建立氧化学计量的退火步骤)。用对应标识编码ZM0至ZM8列出的8个样品，对应于如下面所列的Co2Z六角铁氧体中的Mo内含物。
表2：Ba3Co2+xMoxFe24-2xO41六角铁氧体的样品编码
Mo(x) 0 0.01 0.02 0.05 0.08 0.10 0.12 0.15 0.20
编码 ZM0 ZM1 ZM2 ZM3 ZM4 ZM5 ZM6 ZM7 ZM8
使用CuKα辐射在室温下以θ-2θ几何结构通过X射线衍射(XRD，Philips X’pertPRO)测量来确定晶体结构。通过使用具有7mm HP85050C精密空气线路的Agilent E864A45MHz-50GHz PNA系列矢量网络分析仪(VNA)和Agilent阻抗分析仪(IA)在f＝0.05GHz至1.0GHz下测量环形线圈样品在0.3GHz至10GHz频率范围内的复杂电容率谱和磁导率谱。通过扫描电子显微镜(SEM)来扫描形貌。
结果
1.Co2Z六角铁氧体磁导率谱线的Mo依赖性
Co2Z六角铁氧体的磁导率实部随着不同的Mo(Mo4+离子)含量(x)的变化示于图1A中。该图示出，当钼含量增加(x＞0.10)时，在低频率下磁导率降低。如图1B所示，当x增加到高于0.10时，截止频率(共振频率)增加超过1.0GHz。
如图2A和2B所示，对于x＝0.12而言，在f＜0.4GHz下，磁损耗角正切小于0.1，并且在f＝1.0GHz下，等于0.5。特别地，对于x＝0.12而言，在f＝0.8GHz下，tanδμ小于0.3。结果表明8.5至10的高磁导率。
图3A和3B呈现出在较低频率(0.3GHz)和较高频率(0.8GHz)下磁导率和磁损耗角正切作为钼含量的函数。值得注意的是，在f＝0.3GHz的较低频率下，当钼含量范围为x＝0.08至0.15时，磁导率实部显示凹下(对应于最小的磁损耗)。相比之下，对于x＝0.08至0.15而言，在f＝0.8GHz下的磁导率实部升高至峰值。这个磁导率的增加还导致磁损耗显著增加，这与在f＝0.3GHz的较低频率下观察到的那些相似。因此，在较低或较高的频率下，当x为0.08至0.15时，磁损耗表现出非常低的值。
2.Co2Z六角铁氧体的电容率谱随频率的Mo依赖性
如图4A所示，在0.1GHz至10.0GHz的频率范围内，可以随着钼含量将电容率实部调节至ε’＝～7.5至>12的范围。如图4B所示，具有最低磁损耗的样品ZM6表明约8的小电容率。
如图5A所示，对于样品ZM5(x＝0.10)和ZM6(x＝0.12)，在f＝0.1GHz至10.0GHz的宽频率范围内，介电损耗角正切保持非常低，<0.02。特别地，如图5B所示，对于样品ZM5和ZM6而言，在低于1.0GHz的频率下，介电损耗角正切低于0.01。
如图6所示，对于x>0.05，在f＝0.8GHz下，介电损耗角正切随钼含量减小。在x＝0.10至0.12下，测量了最低介电损耗，在f＝0.8下tanδε<0.01。
3.在f＝0.1GHz至1GHz下具有高磁导率和低磁损耗和介电损耗的样品
样品ZM5和ZM6的磁导率、电容率以及磁损耗角正切和介电损耗角正切的频率依赖性示于图7A和7B中。在f<0.5GHz下，磁损耗角正切小于0.15，而磁导率高达10至11。对于样品ZM6而言，在f＝0.8GHz下，最低磁损耗角正切小于0.27。就相等或基本相等的磁导率和电容率(ε’＝9(或8)，μ’＝10)而言，可以获得匹配的阻抗。
4.通过阻抗分析仪测量磁谱
如图8所示，通过阻抗分析仪在0.1GHz至1GHz的频率范围内测量样品ZM5和ZM6的磁谱。结果与通过VNA测量的那些具有良好的一致性，表明在0.8GHz下，磁导率为8至11并且磁损耗角正切小于0.3。
表3列出了通过VNA和IA测量的主要参数，表明在0.8GHz下测量误差小于1％。
表3：样品ZM5和ZM6在不同频率下的μ’和tanδμ
5.SEM形貌
图9示出了Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体的SEM形貌，表明晶粒的各向同性晶粒取向和均匀的晶粒分布，所述晶粒似乎是8至5:1的大纵横比形状的薄片(platelet)。估算沿着长轴的平均晶粒尺寸为约60μm至80μm。
6.与现有磁介电材料的磁导率、电容率、损耗角正切和晶粒尺寸的比较
表4呈现出在0.8GHz下，Mo掺杂的和Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体与现有Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体的ε’、μ’、tanδε和tanδμ的比较。Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体是样品ZM5和ZM6。
与Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体的相比，Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体显示出磁导率增加了25％至37％。此外，Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体显示低得多的介电损耗角正切(<0.01)，而在0.8GHz下Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体的介电损耗角正切为0.07。Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体显示0.36的磁损耗角正切，这与Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体的磁损耗角正切(在0.8GHz下为0.25至0.30)接近。
表4：在0.8GHz下，Mo掺杂的和Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体的ε’、μ’、tanδε和tanδμ的比较
总之，通过陶瓷工艺制备具有标称组成Ba3Co2+xMoxFe24-2xO41的多晶六角铁氧体组合物，其中x＝0至0.20。结果显示，在0.1GHz至5.0GHz的宽频率范围内，Mo掺杂的Co2Z多晶六角铁氧体的磁导率、电容率以及磁损耗和介电损耗优于现有Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体的那些。所测量的微波介电特性和磁特性显示，与Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体相比，随着添加具有x＝0.10至0.15的钼，在0.8GHz下，损耗tanδε和损耗tanδμ分别减少了75％和60％，而在0.8GHz下，磁导率增加至10.1，提高了25％。此外，Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体还证明在0.1GHz至1.0GHz的频率范围内，基本相等值的电容率实部和磁导率实部(8至9)使得特征阻抗与自由空间阻抗相同。显著地，Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体不仅引起除了先前报道的那些之外最低的损耗因数(tanδε/ε’＜0.00075并且tanδμ/μ’＜0.029)，而且具有低的材料成本。Mo掺杂的Co2Z六角铁氧体的材料成本可以是Ir掺杂的Co2Z六角铁氧体的三分之一。这些特性使得这些六角铁氧体适用于在超高频(UHF)下的微波装置如微型天线中的应用。
实施例2
制备具有式(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41的非化学计量组成的多晶六角铁氧体。表5列出了制备和测试的若干个样品的非化学计量式。
表5：式设计(非化学计量式)
编码 式 Mo含量，x
ZSF1 Ba3Co(2+x)Fe(21.6-2x)MoxO41 x＝0.12
ZSF2 Ba3Co(2+x)Fe(22.4-2x)MoxO41 x＝0.12
ZSF3 Ba1.5Sr1.5Co(2+x)Fe(21.6-2x)MoxO41 x＝0.12
ZSF4 Ba1.5Sr1.5Co(2+x)Fe(22.4-2x)MoxO41 x＝0.12
由以下原材料及其纯度开始制造过程：BaCO3(99.95％)、SrCO3(99.95％)、Co3O4(99.7％)、MoO2(99％)和Fe2O3(99.95％)。选择一定比例的每种原材料以与目标标称组成一致。例如，六角铁氧体相前体化合物可以包含0重量％至0.96重量％的MoO2、22.10重量％至22.18重量％的BaCO3、6.02重量％至6.59重量％的Co3O4以及70.35重量％至71.8重量％的Fe2O3。
将材料与作为溶剂的的试剂醇混合，并且使用4级行星式球磨机在玛瑙罐和球混合器中于400rpm下研磨3小时至10小时。将混合物在对流炉中于200℃至300℃下干燥3小时至10小时，并且在成套模具中于0.1T/cm2至0.3T/cm2下压制成1英寸的盘。根据以下温度曲线在空气中将盘煅烧以形成Z-型六角铁氧体相：1)在240分钟内倾斜升温至1200℃；2)在1200℃下保持300分钟；3)在240分钟内冷却至20℃。
然后粉碎材料并通过#40筛进行筛分。使用4级行星式球磨机在玛瑙罐和球混合器中于400rpm下将通过筛的较小颗粒与试剂醇溶剂一起研磨4小时至20小时。将混合物在对流炉中于200℃至300℃下干燥3小时至10小时，并且在0.5T/cm2至2.0T/cm2下压制成1英寸的盘。根据以下温度曲线将盘烧结：1)在流速为0.7L/分钟的O2气体下，在180分钟内倾斜升温至800℃；2)在180分钟内倾斜升温至1200℃；3)在1200℃下保持240分钟；4)在O2气体流动下，在480分钟内冷却至20℃。
然后粉碎经烧结的材料并通过#100筛进行筛分。使用4级行星式球磨机在玛瑙罐和球混合器中于400rpm下将通过筛的经粉碎的材料与试剂醇溶剂一起研磨4小时至20小时。将所得粉末在对流炉中于200℃至300℃下干燥3小时至10小时。在O2气体流动全部时间的情况下，根据以下温度曲线使所述粉末进行退火：1)在80分钟内倾斜升温至400℃；2)在200分钟内倾斜升温至900℃；3)在900℃下停留240分钟；4)在360分钟内冷却至20℃。
图10举例说明了这个ZSF系列的六角铁氧体样品的磁导率相对于频率。在小于1.0GHz的频率下，分别地，SrBa-Co2Z六角铁氧体(样品ZSF3和ZSF4)的磁导率μ’为约8和Ba-Co2Z六角铁氧体(样品ZSF1和样品ZSF2)的磁导率μ’为约7。包含Sr显著增强了磁导率。在0.1GHz至1.0GHz的频率范围内，磁损耗角正切保持为低的，其值为0.03至0.1。Mo-SrBa六角铁氧体(ZSF3和ZSF4)具有高的截止频率(fr)以及磁导率。
图11A举例说明样品ZSF1的磁导率和磁损耗相对于频率。图11B是样品ZSF1的SEM图像。磁导率为约7，而在1.0GHz的频率之前，磁损耗角正切保持为低的，值为0.01至0.10。
图12A举例说明样品ZSF2的磁导率和磁损耗相对于频率。图12B是样品ZSF2的SEM图像。磁导率为约7.5，而在1.0GHz的频率之前，磁损耗角正切保持为低的，值为0.01至0.09。
图13A举例说明样品ZSF3的磁导率和磁损耗相对于频率。图13B是样品ZSF3的SEM图像。磁导率为约8，而在1.0GHz的频率之前，磁损耗角正切保持为低的，值为0.03至0.09。
图14A举例说明样品ZSF4的磁导率和磁损耗相对于频率。磁导率为约8，而在1.0GHz的频率之前，磁损耗角正切保持为低的，值为0.03至0.09。
图15举例说明样品ZSF1至ZSF4在0.1GHz至10.0GHz下的介电谱。介电常数为6.5至9.0，而对于所有的ZSF系列样品，在0.1GHz至10.0GHz的频率范围内介电损耗角正切为0.001至0.01。
表6呈现出4个样品在两个不同频率0.8GHz和1.0GHz下的电容率实部、磁导率实部、损耗角正切tanδε、和损耗角正切tanδμ结果的总结。
表6：ZSF系列样品的总结
最佳的样品是ZSF4。其表现出在1.0GHz下高的磁导率，ε’＝8.67，和低的损耗角正切，tanδμ＝0.091，以及高的截止频率，fr＝2.40GHz。
实施例3
使用起始材料SrCO3、MoO2、Co3O4和Fe2O3，通过上面的实施例1中描述的两步陶瓷工艺制备具有组成Sr3Co2+xMoxFe24-2xO41的多晶Co2Z六角铁氧体，其中x＝0、0.02、0.05、0.08、0.10、0.12、0.15和0.20。
结果
1.磁导率谱和磁损耗
在0.1GHz至10.0GHz的频率范围内测量磁导率谱。如图16所示，除了x＝0.10的Mo含量之外，磁导率在低频率(0.1GHz)下表现出随Mo含量而由3.8降低至3.3。见于图17，Mo含量引起损耗角正切峰位移至高于5.0GHz的更高的频率。还见于图17，Mo含量x＝0.10导致在0.4GHz至1.5GHz的频率范围下的最小损耗角正切。也就是说，对于x＝0.20，损耗角正切在0.4GHz下为约0.1并且在1.5GH下为0.4，这是Mo掺杂的SrCo2Z铁氧体中的最低损耗。
图18举例说明在1.0GHz下测量的Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体的磁导率和磁损耗角正切的结果。可以看出，Mo含量为x＝0.10的样品呈现出磁导率增加15％以及磁损耗降低15％。这些结果与在BaCo2Z六角铁氧体中测量的结果类似。应注意，SrCo2Z六角铁氧体中最佳的Mo浓度与BaCo2Z六角铁氧体的相当。
2.电容率谱和介电损耗
见于图19，对于x＝0.02，电容率与SrCo2Z六角铁氧体中的Mo含量基本上成比例并且轻微降低。见于图20，介电损耗角正切随Mo含量(x＝0至0.20)的增加而由0.03增加至0.08。
图21描绘了在1.0GHz下测量的电容率和介电损耗，显示在x＝0.10下介电损耗的降低。
3.磁损耗和介电损耗
在Mo含量为x＝0.10下表现出Mo掺杂的SrCo2Z六角铁氧体中最低的磁损耗和介电损耗。在该Mo含量下，在f＝1.0GHz下：
μ’＝3.7
tanδμ＝0.24
ε’＝14.2；并且
tanδε＝0.03。
总之，MoO可以适当地用于降低SrCo2Z六角铁氧体中的磁损耗。
本文所使用的“基本上由...组成”允许包括不会实质上影响权利要求的基本和新颖特征的材料或步骤。术语“包含/包括”的本文中的任何表述，特别是在组合物的组分的描述中或者装置的元件的描述中，可以用“基本上由...组成”或“由...组成”来交换。
应当理解，本文所述的实施方案的各种不同特征可以以多种方式组合。例如，结合一个实施方案描述的特征可以包括在另一个实施方案中，即使没有结合该实施方案的明确描述也是如此。
已经结合某些优选的实施方案描述了本发明。应理解，本发明不限于所示出和描述的构造、操作、确切材料或实施方案的确切细节，并且各种修改、等价物的替换、组成的改变以及对本文所公开的实施方案的其他改变对于本领域的技术人员将是明显的。
本申请根据35§119(e)要求2015年1月30日提交的题为“Low Cost,Low Loss andHigh Permeability MO-CO2Z Ferrites For UHF,L-Band and S-Band Applications”的美国临时申请第62/110,025号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

Claims (48)

1.一种六角铁氧体组合物，包含钡和锶中的一者或两者、铁、钴、和钼，其中所述铁氧体组合物包含Z-型六角铁氧体相，所述六角铁氧体组合物具有式：
(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41
其中x＝0.01至0.20；
y＝20至24；并且
z＝0至3。
2.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中x＝0.08至0.15。
3.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中x＝0.10至0.12。
4.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为至少3.0。
5.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为至少7.0。
6.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为7.0至12.0。
7.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中z＝1.2至3.0，并且所述六角铁氧体组合物在约0.1GHz到至少1.0GHz的频率范围内的磁导率实部为8.0至12.0。
8.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中z＝0至0.5，并且所述六角铁氧体组合物在约0.1GHz至约3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为2.0至4.0。
9.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的电容率实部为至少6.0。
10.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.0GHz的频率范围内的电容率实部为至少8.0。
11.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至10.0GHz的频率范围内的电容率实部为6.0至18.0。
12.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物的电容率实部相对所述六角铁氧体组合物的磁导率实部的差异在10％以内。
13.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物的特征阻抗以3％以内的差异匹配自由空间的阻抗。
14.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至0.8GHz的频率下的介电损耗角正切tanδε小于0.02。
15.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至1.0GHz的频率下的介电损耗角正切tanδε小于0.16。
16.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.4GHz下的磁损耗角正切tanδμ为约0.1。
17.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至0.8GHz的频率下的磁损耗角正切tanδμ小于0.3。
18.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至3.5GHz的频率下的磁损耗角正切tanδμ小于0.95。
19.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.1GHz至1.0GHz的频率范围内的磁损耗角正切tanδμ为0.1至1.0。
20.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.8GHz的频率下的介电损耗因数tanδε/ε’小于0.001。
21.根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物，其中所述六角铁氧体组合物在0.8GHz的频率下的磁损耗因数tanδμ/μ’小于0.03。
22.一种制品，包含根据权利要求1所述的六角铁氧体组合物。
23.根据权利要求22所述的制品，其中所述制品是天线、滤波器、感应器、环行器或移相器。
24.根据权利要求22所述的制品，其中所述制品是微波天线。
25.根据权利要求24所述的制品，其中所述制品是在等于或大于0.1GHz的频率下可操作的天线。
26.根据权利要求24所述的制品，其中所述制品是在等于或大于0.3GHz的频率下可操作的天线。
27.根据权利要求24所述的制品，其中所述制品是在0.1GHz至1.5GHz下可操作的天线。
28.根据权利要求24所述的制品，其中所述制品是在0.3GHz至1.0GHz下可操作的天线。
29.根据权利要求22所述的制品，还包含第二六角铁氧体组合物，所述第二六角铁氧体组合物包含Z-型六角铁氧体相，所述第二六角铁氧体组合物具有式：
(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41
其中x＝0.01至0.20；
y＝20至24；并且
z＝0至3；并且
其中在所述六角铁氧体组合物和所述第二六角铁氧体组合物中，Ba的量和Sr的量不同。
30.根据权利要求29所述的制品，其中所述第二六角铁氧体组合物的截止频率高于所述六角铁氧体组合物的截止频率。
31.根据权利要求29所述的制品，其中所述六角铁氧体组合物在约0.1GHz到至少1.0GHz的频率范围内的磁导率实部为8.0至12.0，所述第二六角铁氧体组合物在约0.1GHz至约3.0GHz的频率范围内的磁导率实部为2.0至4.0。
32.根据权利要求22所述的制品，其中所述制品是巨磁阻装置或巨隧穿磁阻装置。
33.一种制备六角铁氧体组合物的方法，包括：
(a)提供包含Fe、Ba、Co和Mo的六角铁氧体相前体化合物，
(b)在空气中煅烧所述六角铁氧体相前体化合物以形成包含Z-型六角铁氧体相的材料。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述六角铁氧体相前体化合物包含Fe、Ba、Co和Mo的氧化物。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述六角铁氧体相前体化合物包含MoO2、BaCO3、Co3O4和Fe2O3。
36.根据权利要求33所述的方法，其中所述六角铁氧体相前体化合物包含0重量％至0.96重量％的MoO2、22.10重量％至22.18重量％的BaCO3、6.02重量％至6.59重量％的Co3O4和70.35重量％至71.8重量％的Fe2O3。
37.根据权利要求33所述的方法，其中在步骤(b)中，所述前体化合物在1000℃至1300℃下煅烧。
38.根据权利要求33所述的方法，还包括：
(c)粉碎步骤(b)中形成的材料以形成粉末混合物；以及
(d)烧结所述粉末混合物。
39.根据权利要求38所述的方法，其中将所述粉末混合物在1200℃至1280℃下烧结。
40.根据权利要求38所述的方法，其中将所述粉末混合物烧结4小时至20小时。
41.根据权利要求38所述的方法，其中将所述粉末混合物在氧气气氛下烧结。
42.根据权利要求38所述的方法，还包括在步骤(d)之前使所述粉末混合物形成为压实体。
43.根据权利要求38所述的方法，还包括将粘合剂添加到所述粉末混合物中。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述粘合剂选自聚乙烯醇、甲基纤维素、聚乙二醇和聚(碳酸亚烷基酯)。
45.根据权利要求43所述的方法，其中所述粘合剂是占所述粉末混合物的8重量％至12％重量的聚乙烯醇。
46.根据权利要求38所述的方法，还包括
(e)粉碎步骤(d)中形成的材料以形成粉末混合物；以及
(f)使步骤(e)中形成的所述粉末混合物退火。
47.根据权利要求46所述的方法，其中使所述粉末混合物在800℃至1000℃下退火。
48.根据权利要求46所述的方法，其中使所述粉末混合退火9小时至20小时。
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