FeCoB-CoFe2O4颗粒膜的软磁和高频特性研究

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随着现代军事探测技术和通讯技术的快速发展,高频段的吸波材料受到社会各界广泛关注。首先,军事方面的探测技术,尤其是雷达的吸波材料引起了研究者们的浓厚兴趣;同时,在微波通讯频率逐渐提高中,电子产品产生的电磁干扰以及电磁辐射越来越严重,探索这种能吸收高频段的材料已经迫在眉睫。为了能突破Snoek极限的限制,也就是提高自然共振频率与磁导率的乘积,可以利用金属-绝缘体颗粒膜同时具有强的形状各向异性和较高的饱和磁化强度(Ms)等特点,设计和探索较高饱和磁化强度和高复磁导率以及高体电阻率(ρ)的材料。各向异性类吸收剂受到广泛关注,其中金属-绝缘体磁性颗粒膜具备强形状各向异性、可调控的面内各向异性、非晶或纳米晶结构、高饱和磁化强度(Ms)、较高复磁导率(μ)和相对较高体电阻率(ρ)。通过结构以及成分的调节,有望突破Snoek极限。磁性颗粒膜的吸收频率段是对应于雷达的低频率段,正好是传统的雷达吸波材料的较为薄弱环节,所以,金属-绝缘体的磁性颗粒膜具有很大的探索价值。制备的颗粒膜的复磁导率明显高于传统的吸波材料,说明薄膜具备较好衰减特性,同时保证电阻率不显著降低,因为高电阻率能有效抑制涡流电流,使其能满足吸波材料的阻抗匹配特性。针对以上问题,本文进行薄膜结构改进设计,采用磁控共溅射法制备颗粒膜、成分梯度膜,并对微结构、静态磁性、高频性能等进行了研究,主要内容和主要研究结果如下:1.通过磁控溅射的方法,用聚酰亚胺Kapton作为衬底,共溅FeCoB靶、CoFe2O4靶制备厚度不同的FeCoB-CoFe2O4颗粒膜,磁性CoFe2O4绝缘材料替代非磁性绝缘材料,提高薄膜的饱和磁化强度。2.通过XRD测试,表明制备得到的颗粒膜是非晶态,或纳米晶态,B元素掺杂以及CoFe2O4的隔离,抑制了薄膜中FeCoB晶粒生长;AFM测得结果表示薄膜的表面粗糙度相对较小。随着薄膜厚度的增加,矫顽力减小,电阻率减小,共振特性增强。在较低的Ar气压下制得的薄膜具有明显面内各向异性。Ar气压在0.3Pa时制备的250nm的FeCoB-CoFe2O4颗粒膜具有较好软磁特性(Ms~999.2emu/cm3,Hce~2.79Oe)、相对较高的ρ(~0.3mΩ·cm)和较大的μ(μ’i=115.3μmax"=411.4)。3.用聚酰亚胺为衬底,制备在薄膜厚度方向的成分梯度颗粒膜。通过成分设计和层数优化,制备出具有明显的面内各向异性和较好的软磁特性的FeCoB-CoFe2O4成分梯度颗粒膜。它保持较高的Ms为962.7emu/cm3;同时电阻率ρ高达0.6mΩ·cm.4.用CoFe2O4作为绝缘体材料制备铁磁体-绝缘体颗粒膜,在不明显降低电阻率的情况下,可以明显提高薄膜的饱和磁化强度。成分梯度颗粒膜突破了类匀质材料等的导电逾渗阀值区域限制,获得较大的饱和磁化强度、较大的复磁导率、较高的电阻率,为探索出能同时满足阻抗匹配和衰减特性的要求提供思路,有望推进颗粒膜能作为新型雷达吸波材料的发展。
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