不同形狀的納米磁性金屬及合金顆粒的微波磁性研究.pdf

1、傳統(tǒng)的高頻磁性材料的性能遵從Snoek極限，難以滿足日益發(fā)展的高頻應(yīng)用材料性能的需要。本論文的研究思路是納米磁性金屬或合金粉體材料由于表面各向異性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于體磁晶各向異性而有望突破Snoek常數(shù)，可能在高頻微波波段具有優(yōu)異的性能，成為有效的微波吸收劑。 根據(jù)這一想法，本工作考察了三類納米磁性金屬和合金材料：球形納米粉體(羰基鐵粉)，線狀納米粉體(鎳納米線)，和片狀納米粉體(FeCuNbSiB)。固態(tài)羰基鐵粉是用熱分解液態(tài)羰基鐵的方

2、法獲得，使用陽(yáng)極氧化鋁模板電化學(xué)沉積法制備鎳納米線和使用高能行星式球磨制備片狀磁性納米晶FeCuNbSiB粉體。將上述粉末樣品與石蠟均勻混合，制備成高電阻率的復(fù)合材料，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀同軸法測(cè)量它們?cè)?.1-18 GHz頻段的復(fù)數(shù)介電常數(shù)和復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率，討論了它們的微波吸收性質(zhì)，系統(tǒng)研究了材料的高頻復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率機(jī)制。主要結(jié)果如下： (1).對(duì)球形羰基鐵，微波介電譜和磁譜表明，直徑20～30 nm納米羰基鐵有比微米羰基鐵高得多得介電常數(shù)

3、虛部，但磁導(dǎo)率虛部比微米羰基鐵低，由于磁損耗是納米和微米羰基鐵復(fù)合材料中的主要損耗類型。總的微波吸收性質(zhì)(反射損耗系數(shù)和帶寬)納米羰基鐵并不比微米羰基鐵復(fù)合材料占優(yōu)； (2).通過分析納米羰基鐵顆粒不同體積分?jǐn)?shù)復(fù)合材料的初始磁導(dǎo)率和共振頻率，可以得到直徑20～30 nm納米羰基鐵顆粒的本征磁導(dǎo)率為7，本征共振頻率為11.5 GHz，微米羰基鐵顆粒的本征磁導(dǎo)率為23，本征共振頻率為3.4 GHz； (3).比較微米羰基鐵的

4、情況，分析納米羰基鐵本征初始磁導(dǎo)率和共振頻率可以知道，兩者都落在Snoek極限中。這與20～30 nm的鐵納米顆粒中表面各向異性對(duì)體各向異性占有支配性的優(yōu)勢(shì)有關(guān)； (4).鎳納米線共振峰的位置主要由形狀各向異性決定，自然共振模式和交換共振模式兩者導(dǎo)致了直徑100 nm鎳納米線有較寬的磁譜共振峰； (5).由于交換共振模式對(duì)邊界條件非常敏感，我們可以利用這一性質(zhì)分析磁性鎳納米線的表面磁矩束縛狀況，分析結(jié)果表明鎳納米線的表面

5、各向異性等效場(chǎng)非常小，不足以束縛表面原子磁矩； (6).鎳納米線自然共振和交換共振模式對(duì)偶極場(chǎng)的響應(yīng)不一樣。自然共振模式頻率對(duì)偶極場(chǎng)的響應(yīng)是線性的，這與Kittel公式吻合；交換共振模式頻率的響應(yīng)是非線性的。此外偶極場(chǎng)會(huì)抑制交換共振模式的強(qiáng)度； (7).根據(jù)鎳納米線復(fù)合材料初始磁導(dǎo)率和共振頻率的實(shí)驗(yàn)值，估算得到的Snoek常數(shù)值的大小在Snoek極限附近，由此可見磁性納米線也很難突破Snoek極限； (8).根據(jù)

6、對(duì)片狀和不規(guī)則塊狀FeCuNbSiB納米晶軟磁粉體的研究，片狀顆粒樣品由于引入形狀各向異性，將自然共振頻率提高到GHz頻段，使得片狀顆粒在GHz具有較高的復(fù)磁導(dǎo)率實(shí)部和虛部； (9).考慮磁矩在空間方向的隨機(jī)分布，利用Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程和Bruggeman有效介質(zhì)理論可以很好的擬合片狀顆粒的磁譜，由此可見磁共振的類型主要是LLG方程描述的自然共振，自然共振阻尼因子的大小主要源自與趨膚效應(yīng)