高频磁性纳米材料的电磁性能调控与应用clfo.docx

《高频磁性纳米材料的电磁性能调控与应用clfo.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频磁性纳米材料的电磁性能调控与应用clfo.docx（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、项目名称称：高频磁性性纳米材材料的电电磁性能能调控及及其在磁磁性电子子器件中中的应用用首席科学学家：薛德胜 兰州大大学起止年限限：20122.1至至20116.88依托部门门：教育部一、关键键科学问问题及研研究内容容本项目根根据电子子信息技技术中对对GHzz频段的的高性能能、微型型化薄膜膜电感和和近场抗抗电磁干干扰器件件用高频频磁性纳纳米材料料的迫切切要求，通通过磁性性纳米材材料与纳纳米结构构的可控控制备，突突破Snnoekk理论极极限的制制约，探探索提高高磁性纳纳米材料料高频性性质的新新机制，突突破传统统微波磁磁性材料料不能同同时保持持高共振振频率和和高磁导导率的瓶瓶颈，获获得1-5 GGH

2、z波波段内高高磁导率率的高频频磁性纳纳米材料料；并针针对高频频磁性纳纳米材料料在1-5 GGHz电电子信息息传输和和近场抗抗电磁干干扰技术术中的具具体应用用，探索索保持优优良高频频磁性基基础上的的电磁匹匹配机制制，突破破电磁波波的连续续介质理理论，设设计并实实现具有有良好电电磁匹配配的可工工作在11-5 GHzz的微型型化薄膜膜电感和和近场抗抗电磁干干扰器件件。针对GHHz频率率下，同同时提高高磁性纳纳米材料料的共振振频率和和磁导率率，以及及获得优优异性能能的薄膜膜电感和和近场抗抗电磁干干扰器件件，拟解解决的关关键科学学问题包包括：l 自然共振振机制下下，同时时提高磁磁性纳米米材料共共振频率率

3、和磁导导率的机机制，以以及双各各向异性性控制下下大幅度度调控高高频磁性性的机制制及磁化化强度的的动力学学过程。 l 非自然共共振机制制下，提提高磁性性纳米材材料共振振频率和和磁导率率的机制制，以及及有效各各向异性性和体积积共同作作用下的的超顺磁磁阻塞共共振频率率对高频频磁性的的影响机机制。l 描述磁性性纳米材材料电磁磁性质的的有效理理论，以以及核/壳结构构的形态态、相构构成和各各相的体体积分数数对新型型磁性/介电纳纳米材料料的高频频电磁耦耦合机制制和匹配配关系的的宽范围围调控机机制。 l 分离介质质对电磁磁波传输输特性的的影响机机制，以以及高性性能薄膜膜电感和和抗电磁磁干扰器器件的设设计理论论

4、和器件件研制。主要研究究内容包包括：l 以高饱和和磁化强强度Ms的铁基基和钴基基铁磁金金属及合合金为基基础，制制备磁性性纳米薄薄膜、颗颗粒膜及及多层膜膜。通过过溅射时时外加磁磁场、倾倾斜溅射射、反铁铁磁钉扎扎、衬底底修饰等等手段，在在样品平平面内产产生单轴轴或单向向磁各向向异性。通通过薄膜膜的微结结构优化化，降低低矫顽力力Hc，提高高磁导率率m；改变变面内各各向异性性，探索索大范围围调控磁磁性纳米米薄膜高高频磁性性的规律律。l 制备线度度比（aaspeect rattio）大大的片状状软磁纳纳米颗粒粒，调整整静态磁磁矩分布布在薄片片平面内内，利用用形状调调控垂直直片状纳纳米颗粒粒平面的的各向异

5、异性场，用用磁场热热处理、应应力、取取向等方方式在片片状纳米米颗粒平平面内产产生和调调节各向向异性场场。研究究这两个个各向异异性场的的比值与与材料高高频磁性性的关系系。寻找找大幅度度提高双双各向异异性片状状磁性纳纳米颗粒粒的规律律，探索索提高高高频磁性性的新机机制。l 采用高温温热解或或还原的的方法制制备单分分散、表表面活性性剂分子子包覆的的不同形形状的铁铁基磁性性纳米颗颗粒；通通过种子子法和反反向胶束束法在铁铁基磁性性纳米颗颗粒的表表面包覆覆致密的的保护层层，制备备稳定的的核壳结结构磁性性纳米颗颗粒。通通过调控控纳米颗颗粒的尺尺寸、形形状、颗颗粒间距距，研究究单分散散磁性纳纳米颗粒粒的高频频

6、性质，探探索提高高阻塞共共振频率率的方法法和机制制。l 利用微纳纳加工技技术，设设计、加加工各种种典型形形状且尺尺寸可控控的纳米米结构材材料；利利用软刻刻蚀技术术与自组组装技术术相结合合的方法法，在不不同的基基底表面面加工各各种高分分子图形形，将磁磁性纳米米颗粒、纳纳米线组组装到基基底的表表面，成成为高度度有序的的纳米图图形结构构。探索索形状各各向异性性对各向向异性对对称性的的调制，研研究这些些有序结结构的高高频性能能和结构构参数的的关系。l 利用等离离子体溅溅射惰性性气体冷冷凝纳米米粒子束束流法以以及等离离子体电电弧法制制备尺寸寸可控的的磁性金金属或合合金纳米米颗粒；在诱导导磁场下下通过原原

7、位表面面氧化纳纳米颗粒粒制备核核/壳结结构的复复合材料料；在诱诱导磁场场下制备备磁性合合金纳米米颗粒与与绝缘介介质(非非磁或弱弱磁)双双相纳米米复合材材料；研研究磁性性纳米颗颗粒的尺尺寸大小小、氧化化层厚度度、绝缘缘介质含含量、后后续热处处理对材材料高频频磁性的的影响。l 研究核/壳型磁磁性/介介电纳米米材料的的介电氧化化物壳层层厚度、磁磁性内核核尺寸、界界面结构构、内核核和壳层层相种类类等对材材料的高高频介电电性和磁磁电耦合合效应的的影响，阐阐明各种种核/壳壳型磁性性/介电电纳米材材料的高高频电磁磁特性的机机理，弄弄清磁导导率和介介电常数数的相互互依赖关关系，提提出磁导导率和介介电常数数的匹

8、配配理论，掌掌握调控控磁导率率和介电电常数的的关键实实验参数数，实现现高频下下宽范围围的电磁磁阻抗匹匹配。l 探索纳米米颗粒膜膜和多层层膜的高高共振频频率、高高磁导率率和良好好电磁匹匹配的工工艺条件件，以及及调控机机理，得得到在GGHz频频域具有有优良电电磁综合合性能的的纳米薄薄膜材料料；模拟拟微电感感的工作作环境，研研究温度度变化、工工作时间间、邻近近绝缘或或者绕组组层对于于非晶/纳米晶晶磁芯材材薄膜行行为的影影响，并并建立与与之相应应的动力力学模型型。l 研究电磁磁波在非非连续介介质中的的传播、磁磁化强度度的动力力学过程程、阻尼尼的产生生和变化化机理；进行集集成电感感、抗电电磁干扰扰（EM

9、MI）薄薄膜器件件设计；利用微微电子工工艺实现现GHzz下的典典型器件件，探索索利用磁磁性纳米米薄膜研研制高性性能薄膜膜电感和和抗电磁磁干扰器器件的条条件，探探索抗电电磁干扰扰薄膜电电感集成成器件在在复杂电电磁环境境下的特特性变化化规律。 理论上上，研究究不同各各向异性性对称性性下的磁磁化强度度动力学学过程，寻寻找自然然共振机机制下高高频高磁磁导率的的最优机机制；研研究磁性性颗粒的的大小、颗颗粒间交交换耦合合以及偶偶极相互互作用对对超顺磁磁阻塞频频率和磁磁导率的的影响规规律，寻寻找非自自然共振振机制下下的高频频高磁导导率机制制；研究究不同形形状和相相比例的的磁性/介电纳纳米颗粒粒复合体体系对电

10、电磁波的的散射，探探索纳米米复合体体系的有有效介质质理论，寻寻找新的的电磁匹匹配机制制。二、预期期目标本项目的的总体目目标：解决传统统微波磁磁性材料料不能同同时保持持高共振振频率和和高磁导导率的问问题和电电磁匹配配问题，真真正实现现磁性纳纳米材料料在1-5 GGHz微微波频段段电感类类磁性电电子器件件和抗电电磁干扰扰器件中中的应用用，为电电子信息息技术的的大集成成提供可可能。通通过磁性性纳米材材料与纳纳米结构构的可控控制备，探探索突破破Snooek理理论极限限的新方方法和新新途径，寻寻找提高高磁性纳纳米材料料高频性性质的新新机制；建立描描述磁性性纳米材材料高频频性质的的新理论论，探索索在GHH

11、z频段段内具有有高磁导导率的高高频磁性性纳米材材料的调调控机制制，通过过纳米复复合实现现优异高高频磁性性基础上上良好电电磁匹配配；利用用以上磁磁性纳米米材料，实实现优异异性能的的薄膜电电感和近近场抗电电磁干扰扰器件的的微型化化，满足足现代通通讯和计计算机对对电子器器件高频频化和集集成化的的要求，同同时解决决因信息息处理频频率的提提高而带带来的器器件之间间严重近近场电磁磁干扰问问题，为为我国的的信息通通讯、国国防安全全、航空空航天等等领域探探索新材材料和新新技术。五年预期期目标:1、 阐明突破破Snooek理理论极限限的可能能机制，建建立高共共振频率率和高磁磁导率的的双各向向异性新新理论；探索不

12、不同频率率下磁性性纳米材材料中磁磁化强度度在自然然共振和和非自然然共振机机制下的的动力学学过程物物理图象象，建立立高频磁磁性的调调控机制制；探索索纳米材材料介电电常数调调控机制制，建立立纳米复复合系统统的电磁磁匹配理理论；研研究电磁磁波在非非连续介介质中的的传播，奠奠定微波波频段下下微型化化磁性器器件设计计的理论论基础。2、 发展大范范围调整整磁性纳纳米材料料的双各各向异性性新方法法，获得得共振频频率在11-5 GHzz、高频频磁导率率2000的软软磁薄膜膜材料，实现同一材料的高频磁性本征参数为Snoek极限值的5-10倍；发展大规模制备尺寸和形状均匀可控的单分散磁性纳米颗粒技术，实现高度有序

13、的磁性纳米颗粒和纳米线的组装，使其截止使用频率提高近5 GHz以上；发展磁性金属/氧化物复合体系，实现高频磁性纳米材料的电磁阻抗匹配，研发1-5 GHz电感量30 nH，品质因子Q18的典型磁性薄膜电感，以及带宽为10 MHz-5 GHz，噪音抑制30dB的吸收式或L-C式抗电磁干扰器件，实现面积降低一个量级的近场抗电磁干扰薄膜电感。3、 项目执行行期间培培养出33-4名名在国际际上有一一定影响响的学术术带头人人，形成成一支具具有开拓拓创新精精神，具具有国际际竞争力力，能胜胜任国家家重大科科研任务务和参加加国际学学科前沿沿竞争的的高频磁磁性纳米米材料研研究队伍伍。申请请专利220余项项，发表表

14、高水平平论文1100余余篇，培培养博士后后10余余人，博博士1000余人人。三、研究究方案1、实现现项目五五年预期期目标的的总体研研究思路路1）通过过磁性纳纳米材料料与纳米米结构的的可控制制备，调调控双各各向异性性，大幅幅度提高高磁性纳纳米薄膜膜的共振振频率和和微波磁磁导率；2）通通过调节节超顺磁磁颗粒尺尺寸和颗颗粒间相相互作用用，提高高阻塞共共振频率率来提高高截止使使用频率率；3）通通过调控控高频磁磁性纳米米材料的的复合介介质类型型和耦合合方式，实实现对介介电常数数的宽范范围调控控，达到到电磁匹匹配的目目的；44）利用用高频电电磁性质质来源于于纳米尺尺度的调调控，通通过电磁磁波在分分离介质质

15、中传播播规律研研究，设设计并实实现高性性能薄膜膜电感的的微型化化和近场场抗电磁磁干扰一一体化；5）从从微波电电磁场在在磁性纳纳米材料料中传播播的非线线性效应应和磁化化强度在在不同各各向异性性空间对对称性系系统中的的动力学学过程出出发，预预测不同同纳米体体系的高高频性质质，探索索新的高高频电磁磁特性机机制。2、技术术途径：本项目的的实验方方案和技技术途径径可分为为：1）高频频磁性纳纳米材料料及纳米米结构的的可控制制备利用射频频磁控溅溅射、离离子束沉沉积和分分子束外外延技术术制备一一系列高高磁导率率的磁性性纳米薄薄膜、颗颗粒膜及及多层膜膜，通过过工艺条条件的变变化（气气压、基基底温度度等），施施加

16、磁场场、倾斜斜溅射、反反铁磁钉钉扎和衬衬底修饰饰等手段段以及后后期磁场场热处理理控制晶晶粒大小小、形状状和空间间分布。采用高温有机液相还原法和热分解法等合成尺寸均一、不同形状的单分散铁基磁性纳米颗粒，利用种子法和反向胶束法在铁基磁性纳米颗粒的表面包覆保护层，形成具有核壳结构的磁性纳米颗粒。采取软刻蚀技术与自组装技术相结合的方法将各种磁性纳米颗粒、纳米线组装到适当的基底的表面，成为高度有序的阵列图形结构。利用等离子体溅射惰性气体冷凝纳米离子束流法以及等离子体电弧法制备尺寸可控的磁性金属或合金纳米颗粒，通过原位氧化或后期复合形成磁性金属纳米颗粒/绝缘介质双相纳米复合材料。2）自然然共振机机制下的的

17、各向异异性调控控及GHHz高磁磁导率通过磁场场诱导、倾倾斜溅射射诱导、反反铁磁钉钉扎诱导导、界面面诱导等等手段，利利用交换换耦合作作用及纳纳米薄膜膜具有强强形状各各向异性性的特点点实现磁磁性纳米米薄膜的的平面各各向异性性；通过过薄膜样样品整体体退磁场场调控和和面内各各向异性性调控实实现高共共振频率率和高磁磁导率；针对具具有立方方晶体对对称性的的优异软软磁材料料（低磁磁晶各向向异性常常数K，低磁磁致伸缩缩系数l，低低矫顽力力Hc），通通过颗粒粒形状控控制双各各向异性性；利用用低维结结构特性性和诱导导磁场，调调控复合合磁性纳纳米材料料的难磁磁化面和和易磁化化面内两两个各向向异性场场；利用用各向异异

18、性空间间类型对对磁化强强度动力力学过程程的控制制，研究究自然共共振机制制下高频频高磁导导率规律律，研究究高频磁磁性本征征参数与与两个各各向异性性场的关关系。3）非自自然共振振机制下下磁性纳纳米颗粒粒与纳米米结构材材料的高高共振频频率利用磁性性纳米颗颗粒的高高频性质质同时决决定于自自然共振振频率和和阻塞频频率的特特点，通通过控制制磁性纳纳米颗粒粒的尺寸寸、形状状以及颗颗粒间距距，改变变颗粒间间相互作作用，达达到调制制超顺磁磁阻塞频频率的目目的，实实现磁性性纳米颗颗粒的阻阻塞频率率高于55 GHHz。利利用自旋旋波激发发的思路路，探索索更高频频率下高高磁导率率的机制制。4）磁性性纳米复复合介质质的

19、电磁磁匹配通过调节节等离子子体起弧弧电流、电电压等参参数来控控制阳极极金属蒸蒸汽量，改改变纳米米颗粒的的尺寸。诱诱导磁场场下通过过原位表表面氧化化磁性金金属或合合金纳米米颗粒制制备核/壳结构构的颗粒粒型复合合材料；在诱导导磁场下下制备磁磁性合金金纳米颗颗粒与(弱磁)绝缘介介质双相相纳米复复合材料料，研究究磁性纳纳米颗粒粒的尺寸寸大小、氧氧化层厚厚度、绝绝缘介质质含量、后后续磁场场热处理理对材料料高频磁磁特性的的影响。从而获得多种类型的具有良好电磁匹配性能的磁性/介电纳米材料。利用纳米颗粒对电磁波的散射研究复合体系的电磁匹配机理。5）基于于高频纳纳米磁性性材料的的薄膜电电感和抗抗电磁干干扰器件件

20、应用研研究利用纳米米颗粒膜膜与多层层膜的高高频磁性性和阻抗抗特性可可调的特特点，选选用高饱饱和磁化化强度材材料作为为薄膜电电感芯材材。采用用微元分分析法进进行不同同绕线形形状电感感量计算算，分析析磁膜结结构的引引入对微微电感物物理模型型及集成成总参数数等效电电路的影影响。采采用溅射射镀膜和和光刻工工艺结合合的方法法制作倾倾斜缠绕绕型耦合合薄膜电电感，并并进行高高频电感感、品质质因数和和自激谐谐振频率率测试，比比较和验验证不同同磁性纳纳米薄膜膜芯材的的电感特特性，进进一步优优化设计计。设计计、制作作薄膜高高频噪音音抑制器器和L-C滤波波器，进进行磁谱谱和频谱谱分析，研研究磁性性纳米薄薄膜厚度度、

21、尺寸寸、形状状和介质质层对传传输线的的特征阻阻抗、信信号衰减减幅度和和散射参参数等的的影响；进行传传输线设设计和优优化，研研究动态态加载运运行时集集成电路路的抗EEMI特特性。利利用电磁磁波在非非连续介介质中的的传播规规律，设设计新型型高性能能薄膜电电感和抗抗电磁干干扰器件件一体化化。3、创新新点与特特色：1) 目前绝大大多数高高频磁性性材料的的研究主主要是通通过提高高材料的的饱和磁磁化强度度来提高高高频磁磁性。我我们提出出利用磁磁性纳米米材料中中的双各各向异性性来提高高高频性性能的思思路，并并指出通通过调节节这两个个各向异异性及其其比值是是提高磁磁性纳米米材料高高频磁性性更为有有效的途途径。

22、2) 除利用自自然共振振原理提提高高频频磁性外外，我们们提出在在超顺磁磁纳米颗颗粒中通通过改变变超顺磁磁颗粒的的尺寸，使使得阻塞塞共振频频率远高高于自然然共振频频率，从从而提高高截止使使用频率率，这是是一种新新的频率率调控手手段和新新的共振振机制，有有望突破破传统的的球形单单畴颗粒粒体系的的截止使使用频率率理论极极限。3) 纳米尺度度下材料料的各向向异性具具有可大大范围调调整的特特征，可可以实现现大块材材料不可可能达到到的高共共振频率率和高磁磁导率调调制范围围，克服服传统高高频磁性性材料不不能同时时提高共共振频率率和高频频磁导率率的缺陷陷。通过我我们设计计的技术术路线和和实验方方案，将将磁性纳

23、纳米材料料的高频频磁性本本征参数数提高到到Snooek理理论极限限值的55-100倍。4) 在调节高高频磁导导率和各各向异性性同时，采采用纳米米包覆或或复合方方式，大大幅度提提高材料料的电阻阻率；并并利用磁磁性/介介电（压压电）纳纳米复合合可实现现磁导率率和介电电常数的的双重调调节，克克服单一一磁性纳纳米材料料在高频频下实现现宽范围围阻抗匹匹配的困困难。将将磁性纳纳米薄膜膜应用于于薄膜电电感器和和抗EMMI噪声声抑制器器中，既既可以实实现高电电感量和和高Q值的微微型化薄薄膜电感感，又可可以实现现其近场场抗电磁磁干扰功功能一体体化。4、取得得重大突突破的可可行性分分析：项目组主主要成员员在磁性性

24、纳米材材料与结结构的可可控制备备与高频频磁性的的研究已已有多年年的积累累。在国国防9773项目目资助下下研制出出多种具具有不同同纳米结结构的新新型磁性性纳米薄薄膜材料料。例如如，在CCoNbb薄膜中中发现在在3 GGHz下下磁导率率可以达达到1000；在在高电阻阻率的FFeCooB-SSiO22颗粒膜膜中，得得到了共共振频率率为2 GHzz，磁导导率大于于80的的高频性性能。最最近，我我们研究究发现通通过调控控磁性纳纳米材料料的易磁磁化面和和难磁化化面内双双各向异异性场及及其比值值，高频频磁性的的上限可可以超出出Snooek预预测的极极限，表表明通过过调控磁磁性纳米米材料的的各向异异性类型型可

25、以大大幅度提提高磁性性纳米材材料高频频性能。在在磁性纳纳米颗粒粒研究中中，成功功制备出出单分散散的磁性性Fe、CCo纳米米颗粒和和Fe33O4纳米方方块。初初步研究究发现当当尺寸减减小到110 nnm以下下时，超超顺磁性性阻塞共共振频率率可以超超过自然然共振频频率，截截止使用用频率达达到5 GHzz附近。在在磁性/介电复复合纳米米体系中中，我们们通过磁磁、电介介质在纳纳米尺度度的可控控复合，发发现可以以在宽范范围内实实现磁导导率和介介电常数数的调制制，为实实现不同同目标的的宽范围围电磁匹匹配提供供了可能能。由于于磁性纳纳米材料料的优异异电磁性性能来自自于纳米米尺度的的调控，使使研制微微米尺度度

26、的电子子器件成成为可能能。因此此，我们们提出以以上学术术思路和和技术路路线。本项目的的依托单单位，集集中了磁磁性纳米米材料的的高频磁磁性研究究在国内内具有优优势的兰兰州大学学和中国国科学院院物理研研究所、磁磁性纳米米材料的的电磁匹匹配研究究在国内内具有优优势的厦厦门大学学和中国国科学院院金属研研究所、以以及磁性性电子器器件研究究在国内内具有优优势的电电子科技技大学，五五家单位位拥有目目前国际际上先进进、国内内最齐全全的磁性性纳米材材料制备备、结构构、成份份表征、物物性测量量设备；完备的的颗粒体体系高频频性能表表征设备备、世界界上为数数不多的的纳米薄薄膜高频频磁性测测试装置置；较完完整的电电子器

27、件件研发设设施。结结合已有有的工作作基础和和本项目目的特色色，完全全具备取取得重大大突破的的可能性性。5、课题题设置课题1 ： 双双各向异异性磁性性纳米材材料的高高频磁性性预期目标标： 发展大范范围调整整磁性纳纳米材料料双各向向异性的的直接制制备技术术，获得得共振频频率在11-5 GHzz、微波波磁导率率2000的软软磁薄膜膜材料，实现高频磁性本征参数比传统的Snoek极限值增大5-10倍。主要研究究内容：（1）以以高饱和和磁化强强度的铁铁、钴基基铁金属属及合金金为基础础，通过过溅射时时外加磁磁场、倾倾斜溅射射、反铁铁磁钉扎扎、衬底底修饰等等手段，以以及磁场场回火后后处理在在样品平平面内产产生

28、单轴轴或单向向磁各向向异性；研究界界面效应应和纳米米相耦合合等对其其磁各向向异性的的影响，探探索各向向异性的的主要来来源，以以及提高高自然共共振频率率的各向向异性类类型。（2）通通过纳米米薄膜、颗颗粒膜及及多层膜膜的微结结构优化化，使薄薄膜中磁磁性纳米米晶粒/颗粒间间发生交交换耦合合，研究究薄膜静静态磁性性，如矫矫顽力、静静态磁导导率、饱饱和磁化化强度及及磁矩微微观分布布。利用用Herrzerr的无规规各向异异性模型型，研究究交换耦耦合对面面内各向向异性调调控、克克服自身身退磁效效应、降降低矫顽顽力及提提高磁导导率的机机制。（3）利利用形状状磁各向向异性产产生双各各向异性性。制备备线度比比大的

29、片片状软磁磁纳米颗颗粒，利利用旋转转磁场制制备取向向样品，调调整静态态磁矩分分布在薄薄片平面面内；用用磁场热热处理，应应力、取取向等方方式在片片状纳米米颗粒平平面内调调节各向向异性场场；研究究形状各各向异性性产生的的双各向向异性对对高频磁磁性的调调控。研研究双各各向异性性及其比比值对高高频磁导导率和共共振频率率乘积关关系的影影响规律律，探索索提高高高频磁性性本征参参数的途途径。（4）利利用磁化化强度转转动磁化化曲线法法获得精精确的各各向异性性、易磁磁化方向向和磁化化反磁化化过程，利利用振动动样品磁磁强计获获得样品品的宏观观磁性，利利用磁力力显微镜镜研究磁磁畴分布布，并利利用穆斯斯堡尔谱谱分析薄

30、薄膜样品品的磁矩矩分布特特征和超超精细相相互作用用等微观观磁性信信息。（5）利利用微带带线法研研究薄膜膜的共振振频率、高高频磁导导率和薄薄膜样品品的饱和和磁化强强度，研研究面内内各向异异性和交交换耦合合对磁性性纳米薄薄膜材料料高频磁磁性的影影响，探探索宽范范围调制制共振频频率和高高频磁导导率的途途径。利利用COOMSUUL（微微波频段段电磁场场仿真）模模拟技术术研究微微波下磁磁化强度度的动力力学过程程，为高高共振频频率和高高磁导率率机制研研究提供供依据。承担单位位：兰州州大学课题负责责人：薛薛德胜学术骨干干：李发发伸、王王建波、贾贾成龙、范范小龙、蒋蒋长军课题在整整个项目目经费中中所占比比例：

31、228.7%课题2 ： 单单分散磁磁性纳米米颗粒的的高频磁磁性 预期目标标： 发展可大大规模制制备具有有尺寸和和形状可可控的单单分散磁磁性纳米米颗粒技技术，实实现磁性性纳米颗颗粒和纳纳米结构构单元的的大面积积有序组组装，使使磁性纳纳米颗粒粒的截止止使用频频率提高高到近55 GHHz。主要研究究内容：（1）通通过人工工设计，在在与微电电子兼容容的Sii、Gee、GaaAs衬衬底上，利利用原子子表面再再构和应应力，通通过分子子束外延延可控生生长大面面积均匀匀的磁性性金属纳纳米点有有序阵列列。采用用高温热热解或还还原的方方法制备备单分散散、表面面活性剂剂分子包包覆的不不同形状状的铁基基磁性纳纳米颗粒

32、粒；通过过种子法法和反向向胶束法法在铁基基磁性纳纳米颗粒粒的表面面包覆致致密的保保护层，制制备稳定定的核壳壳结构磁磁性纳米米颗粒。（2）采采用软刻刻蚀技术术，在不不同的基基底表面面加工各各种高分分子图形形，通过过真空沉沉积、化化学沉积积、刻蚀蚀等手段段实现在在基底表表面构筑筑高度有有序的磁磁性材料料的线条条、点阵阵等纳米米尺度图图形。利利用软刻刻蚀技术术与自组组装技术术相结合合的方法法将各种种磁性纳纳米颗粒粒、纳米米线组装装到适当当的基底底上，获获得具有有不同各各向异性性的高度度有序纳纳米图案案结构。（3）利利用SQQUIDD（超导导量子干干涉仪）、PPPMSS（多参参数物性性测量系系统）、E

33、ESR(电子自自旋共振振)、MMsssbauuer（穆穆斯堡尔尔）谱和和矢量网网络分析析仪等手手段对磁磁性纳米米颗粒的的静态磁磁性及动动力学磁磁化过程程进行研研究，计计算和模模拟磁性性纳米颗颗粒的性性质，探探索磁性性纳米颗颗粒的磁磁化规律律，完善善磁性纳纳米颗粒粒的磁化化机理，揭揭示图案案结构（如如图形形形状，长长宽比，间间距等）与与材料高高频磁性性能之间间的关系系。（4）通通过调控控纳米颗颗粒的尺尺寸、形形状、颗颗粒间距距，研究究单分散散磁性纳纳米颗粒粒及其有有序阵列列的高频频性质，探探索提高高阻塞共共振频率率的方法法和机制制；通过过改变磁磁性颗粒粒的组分分，同时时调控磁磁导率和和介电常常数

34、，得得到不同同特征阻阻抗的磁磁性纳米米颗粒材材料，为为磁性纳纳米颗粒粒材料在在高频电电感和抗抗电磁干干扰器件件中的应应用打下下基础。承担单位位：中国国科学院院物理研研究所、兰兰州大学学课题负责责人：朱朱涛学术骨干干：杨海海涛、张张浩力、李李庆安课题在整整个项目目经费中中所占比比例：225.3%课题3 ： 磁磁性/介介电纳米米材料的的高频电电磁特性性 预期目标标： 发展几种种核/壳壳结构的的新型磁磁性/介介电纳米米复合材材料，阐阐明磁性性/介电电纳米复复合材料料的高频频电磁特特性机理理，实现现在1-5 GGHz频频率下宽宽范围的的电磁阻阻抗匹配配，获得得性能优优于传统统材料的的新型抗抗电磁干干扰

35、材料料。主要研究究内容：（1）利利用等离离子体电电弧法以以及等离离子体溅溅射惰性性气体冷冷凝纳米米粒子束束流法制制备尺寸寸可控具具有核/壳结构构的磁性性/介电电纳米材材料。通通过改变变等离子子体的气气氛以及及靶材组分分制备不不同类型型的磁性性/介电电纳米颗粒粒材料，在在磁场诱诱导下，通通过原位位表面氧氧化金属属或合金金纳米颗颗粒制备备具有磁磁各向异异性的核核/壳结结构的纳纳米材料料。掌握握多种类类型的核核/壳微微观结构构的形成成规律和和生长机机理，制备出出多种组组成和配配比的新新型磁性性/介电电纳米材材料。（2）研研究磁性性/介电电纳米材材料的核核/壳微微观结构构、各相相的晶体体结构、界界面结

36、构构以及在在显微尺尺度上的的成分分分布。研研究不同同实验条条件对材材料的相相组成、介电氧化物壳层厚度、磁性内核尺寸、界面结构等的影响，弄清各种磁性/介电纳米材料的核/壳结构的形成规律与关键控制因素，并构建该类磁性/介电纳米材料的核/壳结构模型。在此基础上，进一步研究磁性/介电纳米材料的结构热稳定性、晶体结构变化以及相转变。（3）系系统分析析磁性/介电纳米米材料的的磁化曲曲线、磁磁化率、电电阻率等等磁学及及电学性性质。测测量复磁磁导率、复复介电常常数与频频率和温温度的关关系，研研究具有有不同内内核粒径径和壳层层厚度的的磁性/介电纳米米材料的的电磁特特性。研研究磁性性纳米颗颗粒的尺尺寸大小小、氧化

37、化层厚度度、介电电材料含含量、后后续磁场场热处理理对材料料高频电电磁特性性的影响响。系统统分析磁磁性/介介电纳米米材料的的微观结结构、磁磁电耦合合效应与与高频电磁磁性质之之间的关关系，阐阐明其优优异高频频电磁特性性机理。（4）在在对该类类核/壳壳型磁性性/介电电纳米材材料的制制备方法法、微观观结构、磁磁学和介介电性质质以及高高频电磁磁特性的的系统研研究的基基础上，深入探讨该类磁性/介电纳米材料的电磁损耗机理, 弄清磁导率和介电常数的相互依赖关系，提出磁导率和介电常数的匹配理论，掌握调控磁导率和介电常数的关键实验参数，从而实现在1-5 GHz频率下宽范围的电磁阻抗匹配，研制具有优异性能的新型抗电

38、磁干扰材料。承担单位位：厦门门大学、中中国科学学院金属属研究所所课题负责责人：彭彭栋梁学术骨干干：刘伟伟、曾人人杰、杨杨腾课题在整整个项目目经费中中所占比比例：222.7%课题4 ： 基基于高频频磁性纳纳米材料料的薄膜膜电感和和近场抗抗电磁干干扰器件件 预期目标标： 基于前三三个课题题提供的的优质高高频磁性性纳米材材料，通通过微加加工技术术，设计计并研制制出在11-5 GHzz频段范范围内电电感量为为30-1200 nHH，峰值值品质因因数188-300的薄膜膜电感，进进而研制制吸收式式和L-C式抗抗电磁干干扰器件件，带宽宽为100 MHHz-55 GHHz，噪噪音抑制制性能大大于300dB，

39、实现面积降低一个量级的近场抗电磁干扰薄膜电感。主要研究究内容：（1）研研究电磁磁波在非非连续磁磁性纳米米结构材材料中的的传播，以以及决定定高频性性质的磁磁化强度度和电磁磁匹配对对电磁波波的快速速响应过过程，为为GHzz频段高高频电子子器件的的设计提提供基础础理论指指导。 （2）针针对GHHz下高高磁导率率和阻抗抗匹配良良好的磁磁性纳米米薄膜材材料，采采用循环环退火工工艺模拟拟微电感感的工作作环境，研研究温度度变化、工工作时间间对磁芯芯材薄膜膜电阻率率、磁导导率和高高频阻抗抗影响，综综合评价价磁芯材材在宽频频、变温温条件下下的服役役行为。（3）利利用微纳纳加工技技术，设设计、加加工典型型形状且且

40、尺寸可可控的纳纳米结构构薄膜电电感，研研究各种种纳米结结构的静静态磁性性参数和和动态磁磁性及其其与纳米米结构形形状、尺尺寸的变变化关系系；研究究邻近绝绝缘或者者绕组层层的互感感耦合、寄寄生电容容问题；采用网网络分析析仪和微微波探针针台进行行高频电电感、品品质因数数和自激激谐振频频率测试试，比较较和验证证不同薄薄膜芯材材的电感感特性，优优化设计计。 （4）采采用磁控控溅射、微微加工技技术或低低温共烧烧结技术术制备基基于纳米米颗粒膜膜GHzz频段噪噪声抑制制器或LL-C滤滤波器，研研究薄膜膜厚度、平平面形状状和介质质层对传传输线的的特征阻阻抗、信信号衰减减幅度和和散射参参数等的的影响；优化传传输线

41、设设计，研研究其抗抗电磁干干扰特性性，探索索在同一一磁芯中中实现感感性、滤滤波和抗抗电磁干干扰功能能的手段段。研制制具有近场场抗电磁磁干扰性性能的薄薄膜电感感原型器器件。承担单位位：电子子科技大大学、兰兰州大学学课题负责责人：白白飞明学术骨干干：张怀怀武、刘刘颖力、彭彭勇、杨杨青慧课题在整整个项目目经费中中所占比比例：223.33%6、课题题间关系系本项目围围绕高频频磁性纳纳米材料料性能的的提高，面面对它在在电子信信息领域域中应用用时必须须解决的的基本科科学问题题展开了了四个层层面的工工作。第第一个层层面的工工作主要要研究自自然共振振机制下下的磁化化强度动动力学过过程，利利用外加加磁场、界界面

42、交换换偏置、应应力、倾倾斜溅射射和衬底底修饰等等手段调调控双各各向异性性，获得得1-55 GHHz频段段高磁导导率（2000）可调调的薄膜膜材料，使高频磁性本征参数比传统Snoek极限值增大5-10倍；第二个层面的工作主要研究非自然共振机制下的磁化强度动力学过程，利用磁性纳米颗粒的高频磁性与超顺磁性阻塞共振频率有关的特点，通过调控颗粒的尺寸、形状、空间分布等使阻塞共振频率远高于自然共振频率，提高到近5 GHz。第三个层面的工作主要研究微波波段电磁波在纳米复合材料中的传播，重点研制核/壳结构的新型磁性/介电纳米材料，阐明磁性/介电纳米材料的高频电磁特性机理，实现抗电磁干扰材料在1-5 GHz频率

43、下的良好电磁阻抗匹配。第四个层面重点探讨电磁波在非连续介质体系中传播，设计并研制1-5 GHz，电感量30 nH，Q18的薄膜电感，以及噪音抑制30dB的高性能的近场抗电磁干扰器件，实现抗电磁干扰的微型化薄膜电感。课题二非自然共振机制提高高频磁性（、fr）研究饱和磁化强度Ms项目目标：高性能磁性纳米材料及其在微型化高频电子器件的应用课题一自然共振机制提高高频磁性（、fr）研究饱和磁化强度Ms课题三高频磁性纳米材料应用时的普遍问题：电磁匹配（、fr）研究课题四高频磁性纳米材料应用：高性能薄膜电感与抗电磁干扰器件本项目将将分为四四个课题题，四个个课题分分别对应应着以上上四个层层面的工工作。课课题之

44、间间的相互互联系如如下图所所示：其中，前前两个课课题涵盖盖了磁性性纳米材材料及纳纳米结构构优异高高频磁性性研究的的主要方方面高频高高磁导率率机制和和材料，涉涉及提高高高频磁磁性纳米米材料共共振频率率和磁导导率的两两种有效效途径，研研究工作作分别在在磁性纳纳米薄膜膜和纳米米颗粒中中开展，相相互之间间有一定定的独立立性，又又密切联联系和互互为补充充，有助助于发现现和开发发综合性性能优异异的高频频磁性纳纳米材料料。第三三个课题题主要开开展磁性性/介电电复合纳纳米材料料的研究究，试图图主要解解决高频频磁性材材料在实实际应用用时必须须面对的的电磁匹匹配问题题。而第第四个课课题开展展高频磁磁性纳米米材料在

45、在电子信信息技术术中的应应用基础础研究，试试图将发发展的高高性能磁磁性纳米米材料用用于薄膜膜电感器器件研制制和近场场抗电磁磁干扰器器件研制制，真正正实现纳纳米材料料中的独独特效应应在磁性性电子器器件的重重要作用用抗抗电磁干干扰薄膜膜电感的的微型化化和集成成化。四、年度度计划研究内容容预期目标标第一年1、研究究双各向向异性FFe、CCo基薄薄膜和平平面型FFe基微微粉的制制备、高高频磁性性、磁化化强度动动力学过过程，及及各向异异性、饱饱和磁化化强度、磁磁化强度度动力学学过程电电学测试试方法。2、尺寸寸均一、形形状可控控的单分分散铁基基磁性纳纳米颗粒粒(Fe、FFeCoo、FeeNi及氧氧化物)的

46、制备备和表征征，实现现对磁性性纳米颗颗粒的尺尺寸、形形状和颗颗粒间距距的有效效调控；着重于于Ta/CoFFeB/MgOO(CooFeBB=Coo40Fee40B20)磁磁各向异异性可调调薄膜的的成膜条条件研究究，总结结出最佳佳的制备备条件。3、利用用等离子子体溅射射惰性气气体冷凝凝纳米粒粒子束流流法以及及等离子子体电弧弧法制备备尺寸可可控的磁磁性金属属和合金金纳米颗颗粒。系系统研究究各个实实验参数数对所得得到的磁磁性金属属和合金金纳米颗颗粒的尺尺寸、合合金成分分和形貌貌的影响响，优化化实验参参数，实实现尺寸寸均一、粒粒径可控控、合金金成分可可控的金属和和合金纳纳米颗粒粒的可控控制备。4、采用用

47、RF磁磁控溅射射方法制制备纳米米颗粒膜膜或纳米米复合膜膜，研究究引入铁铁氧体和和高介电电常数绝绝缘相对对多层膜膜体系的的软磁性性能、磁磁谱、高高频阻抗抗特性的的影响；研究在在非连续续介质中中，界面面效应、纳纳米尺度度效应和和磁电效效应对于于铁磁共共振峰和和阻尼因因子的影影响。1、铁磁磁薄膜的的共振频频率达到到2 GGHz，磁磁导率大大于1000；颗颗粒体系系的高频频磁性本本征参数数比Snnoekk极限高高3倍；可准确确测量静静态各向向异性场场、1-5 GGHz范范围内磁磁谱；建建立微波波模拟软软件，实实现磁化化强度动动力学过过程的电电学测量量。2、发展展一种可可以克量量级制备备的形貌貌可控的的

48、单分散散磁性纳纳米颗粒粒技术，制制备出CCoFee基磁各各向异性性可调纳纳米薄膜膜，获得得不同系系列纳米米材料相相应的晶晶体结构构、组分分分布和和静磁性性能。3、获得得尺寸可可控的磁磁性金属属和合金金纳米颗颗粒；掌掌握尺寸寸均一、粒粒径可控控、合金金成分可可控的金金属和合合金纳米米颗粒的的形成和和生长机机理，制制备出具具有高饱饱和磁化化强度的的磁性纳纳米颗粒粒。4、大幅幅提高薄薄膜的电电阻率, 获得得GHzz频率下下磁导率率高和阻阻抗匹配配好的纳纳米磁芯芯材；揭揭示纳米米复合薄薄膜中不不同复合合维度设设计、相相含量、分分布和界界面对于于磁性能能和铁磁磁共振的的影响；拓展调调节铁磁磁共振频频率和带带宽的方方法。5、发表表SCII 论文文15-20篇篇，申请请发明专专利2-4项。第二年1、研究究双各向向异性FFe、CCo基纳纳米双相相金属薄薄膜和颗颗粒膜、平平面型FFeSiiAl微微粉的制制备、各各向异性性调控、高高频磁性性、磁化化强度动动力学过过程，及及薄膜44-8 GHzz磁谱测测试技术术和各向向异性空空间对称称