磁性纳米颗粒薄膜高频复数介电常数的微带线法测量研究

在微波频率下金属磁性纳米颗粒薄膜的软磁性质引起许多研究者的兴趣，同时磁性薄膜的复数磁导率和介电常数测试方法研究也受到人们的广泛重视。我们前期的复数磁导率测量研究工作表明颗粒间交换耦合机理是获得铁磁金属纳米颗粒薄膜的优异软磁性能的关键，要解决的问题是发展高频复数介电常数的测量，这可以进一步理解铁磁金属颗粒交换耦合的物理根源，开发磁性薄膜复合体作为新型微波吸收材料的应用。本项目将采用短路微带线对磁性纳米薄膜在GHz频率上的复数介电常数进行研究，利用电磁场仿真软件Ansoft HFSS对微带线夹具进行仿真，模拟空气隙中插入磁性薄膜前后电磁场分布的改变，验证测量原理的正确性。用微波矢量网络分析仪系统研究外加磁场大小对微带线阻抗的影响，测量外加磁场钉扎的磁性薄膜的单端口反射系数S参数，建立电磁回路LCR模型研究磁场钉扎下的磁性薄膜和衬底间相互关联的微观机制，并由此获得磁性纳米颗粒薄膜的复数介电常数。

磁性金属－绝缘体纳米颗粒膜是一种新型的软磁材料，它利用金属材料的高磁导率和绝缘体材料的高电阻率，使得在一种材料中同时具有高磁导率和高电阻率成为可能，因此这类颗粒膜材料已经成为软磁吸波材料研究的热点之一。我们利用射频磁控溅射方法制备了Fe65Co35-SiO2系列纳米软磁颗粒膜。穆斯堡尔谱测量结果表明：磁矩完全因交换耦合躺在膜面内。我们在电磁参数测量方面进一步设计并加工短路微带夹具，制备出小于1.5的电压驻波比的短路微带夹具。我们对颗粒薄膜的介电常数测量获得较高的介电常数，这可能是由于纳米颗粒之间有铁磁性原子针孔接触导致，有助于我们理解铁磁金属颗粒薄膜交换耦合的物理根源。我们进一步开发磁性颗粒薄膜复合体在微波吸收材料方面的应用。分别对决定微波吸收性能的吸收峰峰值频率，吸收峰强度做了深入的原理性讨论。建立短路的磁性复合体界面反射模型，该模型能具体考察样品的介电常数和磁导率对微波吸收性能的影响，创新性的提出衔接材料介电性能和微波吸收之间的中间物理量：前界面反射和后界面反射。利用这一创新性概念，我们有效的探讨磁性复合材料的高磁导率和高介电常数损耗，并有效分析了新型材料中电磁损耗与传统四分之一波长损耗机制的差别。