納米級(jí)別磁性薄膜材料特性研究

黃 迪,田立強(qiáng),張亞萍

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）理學(xué)院,山東青島,266580）

納米級(jí)別磁性薄膜材料特性研究

黃 迪,田立強(qiáng),張亞萍

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）理學(xué)院,山東青島,266580）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和社會(huì)文明程度的提高，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，納米磁性薄膜憑借自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)推動(dòng)著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，在極大程度上改善了人們的生活水平。

納米；磁性薄膜；材料；顆粒

所謂納米薄膜，就是指尺寸在納米量級(jí)的顆粒組成的薄膜，也可以說(shuō)層厚度在納米量級(jí)的單層或者多層的薄膜，通常情況下，也可以將納米薄膜叫做納米級(jí)別顆粒薄膜或者納米級(jí)別多層薄膜。

1 納米級(jí)別磁性薄膜材料分類

按照納米級(jí)別磁性薄膜材料的功能特性可以將其分為三大類，即磁記錄材料、軟磁材料、微波吸收材料。

1.1 磁記錄材料

納米界別此行薄膜材料中的磁記錄材料在當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展中具有十分重要的作用，磁記錄材料的種類有很多種，主要包括垂直磁記錄材料、高密度磁記錄材料和巨磁電阻材料，由于巨磁電阻材料具有十分良好的磁特性，巨磁電阻材料被當(dāng)做當(dāng)今納米級(jí)別磁性薄膜材料研究的熱點(diǎn)。Fe Pt 納米級(jí)別粒子單層薄膜具有很高的矯頑力，這種納米粒子單層膜被作為高密度垂直磁記錄材料研究的重點(diǎn)內(nèi)容，高密度垂直磁記錄材料的制備方法主要包括自組裝法、濺射等，但是研究顯示，采用濺射技術(shù)進(jìn)行粒徑控制、薄膜厚度、排布的均勻性方面具有極大的局限性。

1.2 軟磁材料

在現(xiàn)代化的電子裝備中，為了盡可能的使得電子裝備更加輕巧，攜帶方便，相關(guān)研究人員一直致力于減少材料的體積，使得現(xiàn)代化的電力、電子設(shè)備朝著更加小型化、輕量化的方向發(fā)展，軟磁材料由于具備這些特性，被廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備和電子元器件中，使得電子設(shè)備節(jié)能性更強(qiáng)，靈敏性更高，這種利用軟磁材料制備出的電子設(shè)備能使人們的生活更加便捷，減少電子設(shè)備對(duì)環(huán)境造成的不利影響。軟磁材料主要包括純鐵、硅鋼、坡莫合金、仙臺(tái)合金等，近幾年來(lái)，在科學(xué)技術(shù)的影響下發(fā)展起來(lái)的非晶、軟磁材料和納米晶軟磁材料由于具有較高的飽和磁化強(qiáng)度、磁導(dǎo)率，并且具有矯頑力低、高頻損耗低的特點(diǎn)，這使軟磁材料具有良好的發(fā)展趨勢(shì)。

1.3 吸波材料

吸波材料的分類方法有很多，主要的分類方法有3類。按照吸波材料的損耗機(jī)理對(duì)其進(jìn)行分類可以發(fā)現(xiàn)，吸波材料可以分為磁介質(zhì)型和電解質(zhì)介質(zhì)型。鈦酸鋇之類的吸波材料屬于電介質(zhì)型吸波材料，鈦酸鋇吸波材料的機(jī)理為介電極化弛豫損耗。磁介質(zhì)磁波材料的磁損耗正切角較高，這種吸波材料主要包括有鐵氧體、多晶纖維和納米相材料等。磁性材料在吸波材料屬于最具有特色和發(fā)展?jié)摿Φ募{米級(jí)別磁性薄膜材料，高磁導(dǎo)率的金屬材料具有很高的電導(dǎo)率，在高頻情況下很容易產(chǎn)生大渦流，這就使得高磁導(dǎo)率金屬材料對(duì)電磁波強(qiáng)反射難以被吸收。在納米級(jí)別磁性薄膜材料涉及中，采用薄膜多層化涉及，可以使用絕緣介質(zhì)層，使得高磁導(dǎo)率的金屬層間隔形成納米級(jí)別多層薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)。

2 納米級(jí)別磁性薄膜材料的特性

2.1 納米級(jí)別磁性多層薄膜材料的特性

納米級(jí)別磁性多層薄膜材料結(jié)構(gòu)實(shí)在合適的及片中，通過(guò)交替淀積納米級(jí)別磁性材料層和納米級(jí)別介質(zhì)絕緣層相互結(jié)合構(gòu)成的，通常情況下，納米級(jí)別磁性多層薄膜材料每層的厚度為幾納米到十幾納米，納米級(jí)別磁性多層薄膜材料的總層數(shù)可以達(dá)到幾百層，目前我國(guó)應(yīng)用最多的介質(zhì)絕緣層材料是二氧化硅，納米級(jí)別磁性薄膜材料由于具有自身獨(dú)特的特性，在許多方面都具有很大的用途。通常情況下以，納米級(jí)別磁性多層薄膜材料都是以鐵磁材料為基礎(chǔ)材料的，納米級(jí)別磁性多層薄膜的特性主要表現(xiàn)如下：

（1）納米級(jí)別磁性多層薄膜的磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和度較高，磁導(dǎo)率較高，頻率較高。（2）納米級(jí)別磁性多層薄膜材料具有巨磁電阻效應(yīng)。

2.2 納米級(jí)別磁性顆粒薄膜結(jié)構(gòu)

納米級(jí)別磁性顆粒薄膜結(jié)構(gòu)是在絕緣的金屬氧化物相基體中均勻分散著粒徑為數(shù)nm的磁性超細(xì)顆粒材料。納米級(jí)別磁性顆粒薄膜結(jié)構(gòu)在磁性相的周圍被絕緣氧時(shí)，仍然能夠達(dá)到只有數(shù)奧斯特的低矯頑力。例如，F(xiàn)e-B合金靶在N2中濺射的時(shí)候，得到的顆粒薄膜呈現(xiàn)出高電阻率的現(xiàn)象，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是α-Fe微粒的周圍被絕緣體包圍著。Fe微粒沒有呈現(xiàn)出超順磁性，而表現(xiàn)出軟磁性特征，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是部分Fe微粒呈現(xiàn)相互連接的狀態(tài)，或者是弱耦合所導(dǎo)致的。常用的納米級(jí)別磁性顆粒薄膜的基本特性主要表現(xiàn)如下：

（1）納米級(jí)別磁性顆粒薄膜材料具有超軟性

隨著納米級(jí)別磁性薄膜材料的不斷發(fā)展和相關(guān)制備技術(shù)的革新，納米級(jí)別磁性顆粒薄膜材料是為了適應(yīng)平面型電感器、變壓器等設(shè)備集成型磁性器件逐漸發(fā)展起來(lái)的。通常情況下，應(yīng)用較多的超軟磁納米級(jí)別磁性顆粒薄膜材料有很多種系，在2GHz的頻率下，納米級(jí)別磁性顆粒薄膜材料的磁導(dǎo)率可以達(dá)到140。

（2）納米級(jí)別磁性顆粒薄膜材料具有巨磁電阻效應(yīng)

目前已經(jīng)研制出的具有巨磁電阻效應(yīng)的納米級(jí)別磁性顆粒薄膜材料有Co-Ag，F(xiàn)e-Cu，Co-Cu等系列，通常情況下，具有鐵磁性的金屬在復(fù)合膜中只占有25%以下的體積分?jǐn)?shù)，納米級(jí)別磁性顆粒薄膜材料的顆粒尺寸是納米量級(jí)，在低溫情況下納米級(jí)別磁性顆粒薄膜的體積分?jǐn)?shù)高達(dá)50%，Co-Ag顆粒薄膜，在高溫的情況下，體積分?jǐn)?shù)也能達(dá)到16%。

總結(jié)：現(xiàn)代工業(yè)和設(shè)備多用到先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，納米級(jí)別磁性薄膜材料植被技術(shù)屬于先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，納米級(jí)別磁性薄膜材料由于自身具有光、電、磁等特性，被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，在極大程度上促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)文明程度的提高。

[1]劉亞丕，何時(shí)金，包大新，任旭余.軟磁材料的發(fā)展趨勢(shì)[J].磁性材料及器件，2003，03.

[2]林維明，張培銘，黃是鵬.集成電路開關(guān)電源及其高頻薄膜磁技術(shù)的發(fā)展[J].電動(dòng)電能新技術(shù)，2005,02.

[3]葉超群，嚴(yán)彪，徐政.軟磁金屬合金多層磁性薄膜研究進(jìn)展[J].上海鋼研，2004,03.

[4]汪學(xué)鋒，鐘智勇，陳棲洲，張懷武.磁性薄膜微波噪聲抑制器研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2010.

[5]周艷瓊，白木.納米晶磁性材料[J].粉末冶金工業(yè)，2002,06.

[6]陸偉，嚴(yán)彪，殷俊林.納米晶軟磁材料及其應(yīng)用[J].上海鋼研，2003,04.

Study on the properties of nano magnetic thin film materials

Huang Di,Tian Liqiang,Zhang Yaping
(China University of Petroleum (Hua Dong) Institute of science,Qingdao,Shandongm,266580)

With the continuous development of science and technology and the improvement of social civilization,advanced science and technology is widely used in various fields of people's life,nano magnetic thin film with its own characteristics and advantages to promote the development of China's industry,to a great extent,improve the living standards of people.

nano;magnetic thin film;material;particles