[发明专利]周期结构的铁磁性薄膜吸波材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁波吸收材料，更具体地说，是一种具有较好的吸波性能和很好的吸波带宽的周期结构的铁磁性薄膜吸波材料。

背景技术

随着通信网络技术的发展和电子系统集成度的提高，电磁兼容问题日益突出，如何解决这一问题已经成为技术发展中必须要解决的问题。用电磁波吸收材料来解决电子系统或器件间的电磁干扰是一种行之有效的方法。由金属板前面的低介电常数介质层和电阻片构成的经典Salisbury屏，能在一定的频率范围内很好的吸收电磁波。为了具有最好的吸波性能，介质层的厚度通常需要1/4波长，因此它的应用范围受到了限制，同时它的吸收带宽比较窄。随着电子元器件向微型化、集成化、高频化方向发展，迫切要求开发出能在高频、超高频直至微波频段的高性能纳米磁性材料，能广泛应用于薄膜电感器、薄膜电磁干扰抑制器、GHz级薄膜磁场传感器及及高性能薄膜型吸波材料等。

Salisbury屏对电磁波的吸收主要来源于电阻片对电磁波的损耗。而以Co基、Fe基为主体的铁磁性薄膜材料中，当磁性材料的特征阻抗Z_r接近空气中的波阻抗η₀时，也可以表现出很好的吸收性能。磁性薄膜应用于微波领域必须满足以下基本要求：①高饱和磁化强度4πMs；②低矫顽力H_c；③高电阻率ρ；④适当大小的面内单轴各向异性场H_k。此外，实际材料的特征阻抗Z_r往往和波阻抗η₀相差较大，故磁性Salisbury屏的实际吸波性能并不理想。

由铁磁性颗粒和介质材料构成的符合材料可以实现较好的对电磁波的吸收，但也只有在铁磁性颗粒的体积比很大时才有明显的效果，因此这类吸波材料的比重较大，并且具有相对较厚的厚度，因此极大的限制了磁性颗粒膜在微型化、集成化元器件中的使用。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有Salisbury屏在吸波应用中存在的问题，提供了一种周期结构的铁磁性薄膜吸波材料，它解决了经典Salisbury屏对介质层厚度的限制，可以构造出薄型吸波材料。该材料能在一定频率范围内有效地吸收电磁波，并且其吸波带宽比经典的Salisbury屏要宽。

技术方案：本发明公开了一种周期结构的铁磁性薄膜吸波材料，包括间隔排列的介质层和铁磁性薄膜层，所述铁磁性薄膜层中含有质量百分比大于0％且小于等于10％的N元素，剩余部分为Fe元素。

本发明中，优选地，所述单层铁磁性薄膜层厚度范围为100nm～900nm。

本发明中，优选地，所述单层介质层厚度范围为不大于10nm。

本发明中，优选地，所述介质层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或者二氧化硅。

本发明所述周期结构的铁磁性薄膜吸波材料，由介质层和铁磁性薄膜层交替排列而成将其置于雷达达到吸波目的金属物体前即可实现吸波作用。

本发明中，为了达到宽带吸波性能，单层铁磁性薄膜层的磁谱应具有虚部大于实部的特点。本发明采用铁磁性薄膜层，要求薄膜的电导率较低，一般在10³量级以下，它可以通过采用纳米尺度薄膜而实现。

本发明为了取得最有效的吸波性能，周期结构的铁磁性薄膜吸波材料中铁磁性薄膜层总厚度L的选择，需要满足特性阻抗Z_in＝ωμ₀Lχ₀≈η₀，Z_r/η₀为磁性薄膜的特征阻抗，η₀为空气中的波阻抗，ω是入射电磁波的角频率，χ₀为选取铁磁性材料的静磁化率。在铁磁性多层膜中，单层的铁磁性薄膜层厚度为d，且远小于总厚度L，当周期数n的取值满足nd≥L时，便可取得理想的吸波性能。经过大量实验证明，铁磁性薄膜中掺杂少量N元素可提高薄膜的电阻率、磁各向异性场和化学稳定性。在铁磁性薄膜层中通过使用磁控溅射方法制备铁磁性薄膜层，能够控制铁磁性薄膜厚度获得较小的电导率σ，同时获得较高的微波磁导率，从而非常有效地提高磁性薄膜的吸波性能。磁性薄膜有着很好的吸收带宽，它的反射率大小能够满足在许多场合对电磁波的吸收要求。

将铁磁性薄膜与介质膜交替排列而成的铁磁性多层膜，由于具有高饱和磁化强度4πMs、低矫顽力Hc、高电阻率ρ，也可用于微波领域。根据实际铁磁谱计算了周期性金属磁屏的反射率频谱，结果表明它具有较好的吸波性能和很好的吸收带宽，同时够保证具有良好的吸波性能。