Co-Al-O磁性颗粒膜的结构、电学及微波磁导率研究

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Co-Al-O磁性颗粒膜具有高的饱和磁化强度、高电阻率,有可能成为新一代实用型电磁波吸收材料。本文采用直流反应磁控溅射法制备Co-Al-O薄膜,利用X射线衍射仪、原子力显微镜、台阶仪、紫外可见光分光光度计、霍尔效应测试仪、矢量网络分析仪对Co-Al-O薄膜晶体结构、表面形貌、透过率、薄膜沉积速率、电阻率和磁导率等进行了检测。研究了工作气压、氩氧比、掺杂功率等工艺对Co-Al-O薄膜的结构、电学及微波磁导率的影响。实验发现:首先,室温下制备的Co-Al-O薄膜为非晶结构,工作气压为1Pa、Ar∶O2为6∶1时,有最好的表面形貌。沉积速率随着溅射功率的增大而增大,透过率随着薄膜的厚度和Co含量的增加而减小。Co-Al-O薄膜厚度的增加,薄膜吸收峰逐渐红移,吸收带显著增宽。其次,随着Co金属成份的降低,Co-Al-O薄膜的电阻率分别表现出颗粒系统中过渡区和绝缘体区的导电特征。Co溅射功率为10W时电阻率增加可能已接近逾渗阈值。最后,在0.5GHz-5GHz微波频率下纳米磁性膜获得了高的复磁导率。不同Co含量会改变颗粒间相互作用的性质和强弱,随着Co含量的增加共振线宽增大,颗粒膜的阻尼系数增大。   本文通过运用Landau-Lifshitz-Gilbert理论和Bruggeman有效媒质理论,计算模拟饱和磁化强度、磁各向异性场、阻尼系数这些电磁参量对磁性纳米金属膜磁导率的影响;运用纳米金属膜的电输运与介电理论计算介电常数;并计算了饱和磁化强度、磁各向异性场、阻尼系数、电导率对吸波性能的影响。结果表明:增大纳米颗粒膜的饱和磁化强度有利于提高微波磁导率和吸波性能;适当大的各向异性场有利于提高纳米颗粒膜的吸波性能;减小电导率有利于降低纳米颗粒膜的介电常数和实现微波电磁参量匹配,从而提高吸波性能;阻尼系数增高将降低吸收峰值,但可以提高吸收峰的频宽。通过调控纳米颗粒膜的电磁特性可以有效提高其吸波性能,Co-Al-O薄膜有望应用于薄层吸波材料的设计中。
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