铁磁/亚铁磁两相复合磁性纳米颗粒的化学制备与高频磁性研究

The rapid development of electric devices with smaller size, higher working frequency, and lower energy consumption drives growing demand for magnetic materials with both high permeability and high cutting-off frequency. So far, most of the magnetic materials used in microwave devices are single-phase magnetic materials, which is difficult to greatly increase permeability and cutting-off frequency, simultaneously. In this project, it is proposed to investigated the microwave properties of Fe3O4 (ferromagnetic and magnetic isotropic properties)@Nd2Co17(ferromagnetic and high magnetic anisotropy), and FeNx(high saturation magnetization and ferromagnetic)@Ba-Fe-O(ferrimagnetic and magnetic anisotropy) two-phases compound nanoparticles, which will be synthesized by high-temperature oil phase method. Further, the effects of ferromagnetic/ferrimagnetic structure and ferromagnetic/ferrimagnetic exchange coupling on microwave properties will be further investigated.

为了满足新型微波电子器件高频段化、微型化、低能耗化等发展需求，急需微波器件、电感器件等的高度集成，这要求应用于微波器件的磁性材料同时具有更高的磁导率和更高的截止频率。到目前为止，应用于微波器件的磁性材料多采用单相的磁性材料，较少采用两相或多相的磁性材料。在本项目中，拟以具有亚铁磁态、磁各向同性的Fe3O4和具有铁磁态、高磁各向异性的Nd2Co17作为研究体系，同时以具有铁磁态、高饱和磁化强度的FeNx和具有亚铁磁态、磁各向异性的Ba-Fe-O作为对比研究体系，采用高温油相法制备粒径、形貌可控的铁磁/亚铁磁两相复合材料，进一步系统研究铁磁/亚铁磁结构、铁磁/亚铁磁两相交换耦合对微波性能的影响。

目前，微波通信、环保等民用科学技术迅速发展，新型高频电子器件高频段化、微型化、高性能化及低能耗化的发展趋势对电子器件的高度集成提出了新的挑战。到目前为止，电感器件、微波器件由于受微波磁性材料性能的限制仍然很难实现高度集成。对于应用于微波器件领域的磁性材料，磁导率和共振频率是衡量材料微波性能的两个重要指标。为了满足新型微波电子器件的发展，微波磁性材料必须具有低能耗、高响应频率的特点，即同时具有高的磁导率和高的共振频率。在本项目中，我们借助化学方法成功实现了Nd2Co17，Fe3O4等材料的制备，并深入研究了其高频微波性能。从实验上证明了两相复合结构可以有效提高磁性材料的高频微波性能。此外，通过对FeGa薄膜体系进行微磁学模拟研究，证明了各向异性对提高材料高频微波性能起重要作用。在Fe3O4@水凝胶，Fe3O4@MoS2和Fe3O4@Ti3C2TX-还原氧化石墨烯等两相复合材料体系中，通过对反应条件的调控进而实现对材料的微观结构和成分配比的调控也成功实现了对材料高频微波性能的有效调控。本项目中开展的工作为微波吸收材料的研发和应用提供了实验和理论依据，为磁性纳米材料在微波吸收民用、军用等领域的工业应用提供新思路。