纳米级别磁性薄膜材料特性研究

黄 迪,田立强,张亚萍

（中国石油大学（华东）理学院,山东青岛,266580）

纳米级别磁性薄膜材料特性研究

黄 迪,田立强,张亚萍

（中国石油大学（华东）理学院,山东青岛,266580）

随着科学技术的不断发展和社会文明程度的提高，先进的科学技术被广泛应用到人们生活的各个领域，纳米磁性薄膜凭借自身的特点和优势推动着我国工业的发展，在极大程度上改善了人们的生活水平。

纳米；磁性薄膜；材料；颗粒

所谓纳米薄膜，就是指尺寸在纳米量级的颗粒组成的薄膜，也可以说层厚度在纳米量级的单层或者多层的薄膜，通常情况下，也可以将纳米薄膜叫做纳米级别颗粒薄膜或者纳米级别多层薄膜。

1 纳米级别磁性薄膜材料分类

按照纳米级别磁性薄膜材料的功能特性可以将其分为三大类，即磁记录材料、软磁材料、微波吸收材料。

1.1 磁记录材料

纳米界别此行薄膜材料中的磁记录材料在当今社会的发展中具有十分重要的作用，磁记录材料的种类有很多种，主要包括垂直磁记录材料、高密度磁记录材料和巨磁电阻材料，由于巨磁电阻材料具有十分良好的磁特性，巨磁电阻材料被当做当今纳米级别磁性薄膜材料研究的热点。Fe Pt 纳米级别粒子单层薄膜具有很高的矫顽力，这种纳米粒子单层膜被作为高密度垂直磁记录材料研究的重点内容，高密度垂直磁记录材料的制备方法主要包括自组装法、溅射等，但是研究显示，采用溅射技术进行粒径控制、薄膜厚度、排布的均匀性方面具有极大的局限性。

1.2 软磁材料

在现代化的电子装备中，为了尽可能的使得电子装备更加轻巧，携带方便，相关研究人员一直致力于减少材料的体积，使得现代化的电力、电子设备朝着更加小型化、轻量化的方向发展，软磁材料由于具备这些特性，被广泛应用于各类电子设备和电子元器件中，使得电子设备节能性更强，灵敏性更高，这种利用软磁材料制备出的电子设备能使人们的生活更加便捷，减少电子设备对环境造成的不利影响。软磁材料主要包括纯铁、硅钢、坡莫合金、仙台合金等，近几年来，在科学技术的影响下发展起来的非晶、软磁材料和纳米晶软磁材料由于具有较高的饱和磁化强度、磁导率，并且具有矫顽力低、高频损耗低的特点，这使软磁材料具有良好的发展趋势。

1.3 吸波材料

吸波材料的分类方法有很多，主要的分类方法有3类。按照吸波材料的损耗机理对其进行分类可以发现，吸波材料可以分为磁介质型和电解质介质型。钛酸钡之类的吸波材料属于电介质型吸波材料，钛酸钡吸波材料的机理为介电极化弛豫损耗。磁介质磁波材料的磁损耗正切角较高，这种吸波材料主要包括有铁氧体、多晶纤维和纳米相材料等。磁性材料在吸波材料属于最具有特色和发展潜力的纳米级别磁性薄膜材料，高磁导率的金属材料具有很高的电导率，在高频情况下很容易产生大涡流，这就使得高磁导率金属材料对电磁波强反射难以被吸收。在纳米级别磁性薄膜材料涉及中，采用薄膜多层化涉及，可以使用绝缘介质层，使得高磁导率的金属层间隔形成纳米级别多层薄膜复合结构。

2 纳米级别磁性薄膜材料的特性

2.1 纳米级别磁性多层薄膜材料的特性

纳米级别磁性多层薄膜材料结构实在合适的及片中，通过交替淀积纳米级别磁性材料层和纳米级别介质绝缘层相互结合构成的，通常情况下，纳米级别磁性多层薄膜材料每层的厚度为几纳米到十几纳米，纳米级别磁性多层薄膜材料的总层数可以达到几百层，目前我国应用最多的介质绝缘层材料是二氧化硅，纳米级别磁性薄膜材料由于具有自身独特的特性，在许多方面都具有很大的用途。通常情况下以，纳米级别磁性多层薄膜材料都是以铁磁材料为基础材料的，纳米级别磁性多层薄膜的特性主要表现如下：

（1）纳米级别磁性多层薄膜的磁感应强度饱和度较高，磁导率较高，频率较高。（2）纳米级别磁性多层薄膜材料具有巨磁电阻效应。

2.2 纳米级别磁性颗粒薄膜结构

纳米级别磁性颗粒薄膜结构是在绝缘的金属氧化物相基体中均匀分散着粒径为数nm的磁性超细颗粒材料。纳米级别磁性颗粒薄膜结构在磁性相的周围被绝缘氧时，仍然能够达到只有数奥斯特的低矫顽力。例如，Fe-B合金靶在N2中溅射的时候，得到的颗粒薄膜呈现出高电阻率的现象，出现这一现象的主要原因是α-Fe微粒的周围被绝缘体包围着。Fe微粒没有呈现出超顺磁性，而表现出软磁性特征，出现这一现象的原因是部分Fe微粒呈现相互连接的状态，或者是弱耦合所导致的。常用的纳米级别磁性颗粒薄膜的基本特性主要表现如下：

（1）纳米级别磁性颗粒薄膜材料具有超软性

随着纳米级别磁性薄膜材料的不断发展和相关制备技术的革新，纳米级别磁性颗粒薄膜材料是为了适应平面型电感器、变压器等设备集成型磁性器件逐渐发展起来的。通常情况下，应用较多的超软磁纳米级别磁性颗粒薄膜材料有很多种系，在2GHz的频率下，纳米级别磁性颗粒薄膜材料的磁导率可以达到140。

（2）纳米级别磁性颗粒薄膜材料具有巨磁电阻效应

目前已经研制出的具有巨磁电阻效应的纳米级别磁性颗粒薄膜材料有Co-Ag，Fe-Cu，Co-Cu等系列，通常情况下，具有铁磁性的金属在复合膜中只占有25%以下的体积分数，纳米级别磁性颗粒薄膜材料的颗粒尺寸是纳米量级，在低温情况下纳米级别磁性颗粒薄膜的体积分数高达50%，Co-Ag颗粒薄膜，在高温的情况下，体积分数也能达到16%。

总结：现代工业和设备多用到先进的科学技术，纳米级别磁性薄膜材料植被技术属于先进的科学技术，纳米级别磁性薄膜材料由于自身具有光、电、磁等特性，被广泛应用到工业生产的各个领域，在极大程度上促进了我国工业的发展，实现了社会文明程度的提高。

[1]刘亚丕，何时金，包大新，任旭余.软磁材料的发展趋势[J].磁性材料及器件，2003，03.

[2]林维明，张培铭，黄是鹏.集成电路开关电源及其高频薄膜磁技术的发展[J].电动电能新技术，2005,02.

[3]叶超群，严彪，徐政.软磁金属合金多层磁性薄膜研究进展[J].上海钢研，2004,03.

[4]汪学锋，钟智勇，陈栖洲，张怀武.磁性薄膜微波噪声抑制器研究进展[J].材料导报，2010.

[5]周艳琼，白木.纳米晶磁性材料[J].粉末冶金工业，2002,06.

[6]陆伟，严彪，殷俊林.纳米晶软磁材料及其应用[J].上海钢研，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