[发明专利]具有高工作频段的二维磁矩软磁复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及具有高工作频段的二维磁矩软磁复合材料及其制备方法。根据一实施例，一种二维磁矩软磁复合材料可包括：绝缘基质；以及分散在所述绝缘基质中的二维磁矩微粉，其中，在所述二维磁矩微粉内部，磁矩分布在特定的二维平面中。本发明的二维磁矩软磁复合材料由于具有较现有材料更高的截止频率，因此能广泛应用于高频微波应用领域。

技术领域

本发明总体上涉及磁性材料领域，更特别地，涉及一种二维磁矩软磁复合材料，其具有更高的工作频率，从而获得优异的高频及微波频段磁性。

背景技术

工作在不同频率下的软磁材料的基本功能是进行电磁能量或电磁信号的转换，其转换效率与该材料的磁感应强度和工作频率的乘积成正比。叠层硅钢片和软磁铁氧体是两类传统的软磁铁芯材料，其中硅钢片具有高的饱和磁感应强度，但是随着频率增加，涡流损耗急剧增大，因此只能工作在较低频率，一般在1KHz以下。铁氧体铁芯具有较好的高频磁性能，工作频率可达到约10MHz，并且电阻率大，涡流损耗低，但是存在磁通密度低的缺点，因而转换效率不高。这两种传统软磁材料在交流设备小型化的过程中均遇到了困难。

提高软磁材料的磁感应强度和工作频率是优化软磁器件工作效率，进一步实现磁性器件的小型化、轻量化、节能的重要途径。针对传统叠层硅钢片和软磁铁氧体中存在的问题，已经提出了软磁复合材料(SMC)，其包括分散于有机或无机绝缘材料基质中的软磁材料微粉(一般为Fe、FeSiAl、FeNi等)。软磁复合材料具有比叠层硅钢片更高的工作频率，例如可达到100KHz左右，同时具有比软磁铁氧体更高的饱和磁感应强度，因而在一些领域中得到了广泛的应用。

理论研究表明，目前大量生产和广泛使用的软磁复合材料所用的软磁微粉的高频磁性均遵从Snoek极限，其由下面的公式1表示：

其中μ_i为起始磁导率，f_r为自然共振频率(或称截止频率)，γ'为旋磁比，Ms为饱和磁感应强度。由于Snoek极限的限制，目前的软磁复合材料的工作频率最高只能在100KHz-200KHz以下，阻碍了软磁复合材料在高频微波领域的应用。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种二维磁矩软磁复合材料及其制备方法，该二维磁矩软磁复合材料能够突破Snoek极限，从而能够应用于更高频带，并且有助于实现器件的小型化、轻量化和节能等。

根据一实施例，提供一种二维磁矩软磁复合材料，包括：绝缘基质；以及分散在所述绝缘基质中的二维磁矩微粉，其中，在所述二维磁矩微粉内部，磁矩分布在特定的二维平面中。

在一些示例中，所述二维磁矩微粉包括人工二维磁矩微粉和本征二维磁矩微粉中的至少一种。

在一些示例中，所述人工二维磁矩微粉具有立方晶体结构；所述本征二维磁矩微粉具有非立方晶体结构，并且易磁化轴垂直于C轴。

在一些示例中，所述人工二维磁矩微粉的尺寸在20μm以下，优选地在15μm以下，厚度在500nm以下，优选地在100nm以下，径厚比在40至200的范围，优选地在50至150的范围。

在一些示例中，所述本征二维磁矩微粉的尺寸在10μm以下，优选地在5μm以下。

在一些示例中，所述人工二维磁矩微粉包括下列材料中的一种或多种：Fe、羰基铁、Fe与Co和Ni中的至少一种形成的合金、FeSiAl、以及FeNiMo。

在一些示例中，所述本征二维磁矩微粉包括下列材料中的一种或多种：R₂(Fe,Ni,Si,Al)₁₇N₃，其中R为Y、Ce、Nd或Pr；Sm₂(Fe,Ni,Co)₁₄B；R₂(Co,Fe,Ni)₁₇，其中R为Y或Nd。