一种梯度多层磁性电磁波吸收薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能材料技术领域。以梯度多层磁性颗粒膜材料体系为基础，采用磁性氧化物替代非磁性材料，提高饱和磁化强度以及复磁导率；逐层降低铁磁性材料含量，实现薄膜阻抗与空气阻抗的匹配；以磁性氧化物层作为隔离层，形成磁谱多共振峰。本发明专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，为磁性颗粒膜层和隔离层组成的梯度n层复合薄膜，隔离层为磁性氧化物膜层，其物质组成通式为：衬底/Ma1‑Db1‑I(1‑a1‑b1)/I1/Ma2‑Db2‑I(1‑a2‑b2)/I2/……/Man‑Dbn‑I(1‑an‑bn)/In；其中：14％≤ai+bi≤99％，ai：14～99％，bi：0～30％，且a1＞a2＞……＞an；n不小于3。该薄膜吸收强、频带宽、与空气阻抗匹配的特点，适用于电磁防护技术领域，特别适用于雷达低频波段的新型吸收材料以及电子器件的电磁兼容防护材料。

Gradient multilayer magnetic electromagnetic wave absorbing film and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of functional materials. On the basis of the gradient multilayer magnetic granular film material system, magnetic oxide is used instead of non magnetic material to improve the saturation magnetization and complex permeability, and the content of ferromagnetic material is reduced by layer by layer, and the matching of the film impedance and the air impedance is realized, and the magnetic oxide layer is used as the isolating layer to form the multi resonance peak of the magnetic spectrum. The present invention relates to a gradient multilayer magnetic electromagnetic wave absorption film, a gradient n layer composite film composed of magnetic particle film layer and isolation layer, and the isolation layer is a magnetic oxide film, and its material composition is: substrate /Ma1 Db1 I (1 A1 B1) /I1/Ma2 Db2 I (1 A2 B2 B2) /I2/... /Man Dbn I 1 /In an (BN) /In, among which: 14% or less ai+bi = 99%, ai:14 to 99%, bi:0 ~ 30%, and A1 > A2 >... > > an; n is not less than 3. The film has the characteristics of strong absorption, wide band and matching with air impedance. It is suitable for electromagnetic protection technology. It is especially suitable for new absorption materials at low frequency band of radar and electromagnetic compatibility protection materials of electronic devices.

【技术实现步骤摘要】
一种梯度多层磁性电磁波吸收薄膜及其制备方法
本专利技术属于功能材料
，涉及电磁波吸收材料设计与制备技术，特别涉及磁性金属-磁性氧化物/磁性氧化物梯度多层磁性电磁波吸收薄膜及其制备方法。
技术介绍
传统的电磁波吸收材料比如羰基铁粉、铁氧体等粉体受制于Snoek极限，磁导率很难进一步提高，在雷达低频波段(0.5GHz～4GHz)吸收效果普遍较差。磁性颗粒膜具有高饱和磁化强度及强形状各向异性，其微波频段的磁导率和磁损耗可比磁性金属微米颗粒吸收剂高1～2个数量级。目前国内外公开了大量的磁性颗粒膜及其制备方法，材料体系主要集中在磁性金属氧化物、磁性金属氮化物、磁性金属材料-非磁性材料、[磁性金属材料/非磁性材料]n、[磁性金属材料氧化物或氮化物/非磁性材料]n，采取磁控共溅射法或交替溅射法制备。该类磁性颗粒膜属于匀质材料，具有较高的复磁导率，但其体积电阻率ρ通常只有10-1～1mΩ·cm数量级，趋肤深度较小，电磁波难以有效地进入磁性颗粒膜内部。CN101206945A公开了一种采用多靶共溅射技术制备的成分梯度的多组分高频铁磁薄膜材料，为单层薄膜，包括Fe、Co、Ni铁磁性金属单质及合金，和Hf、Zr、Al、Si、B、Al2O3、SiO2、TiO2、AlN、NbN、FeB、Fe3C、SiC、CoP等掺杂物，具有良好的面内单轴各向异性，但未涉及与空气阻抗的匹配特性。F.F.Yang等(J.Appl.Phys.,111(2012)113909)采用共溅射磁性金属与非磁性介质材料，制备了FeCoB-SiO2成分梯度磁性颗粒膜。该薄膜铁磁性材料体积含量逐层降低，实现薄膜体积电阻率由基层向面层逐渐增大，满足了薄膜与空气阻抗的匹配。CN101285170B介绍了一种宽频带吸收磁性多层膜的制备方法，薄膜采用掺杂倾斜溅射法，是由不同自然共振频率的Co、Fe等磁性材料层以及30-50nm厚的Zr、Nb、Hf等非磁性材料隔离层交替排列而成，各层磁性材料成分不变，体积电阻率相同且较低，不能实现电磁波吸收材料与空气阻抗匹配。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种强吸收、宽频带、与空气阻抗匹配的磁性金属-磁性氧化物/磁性氧化物梯度多层磁性电磁波吸收薄膜及其制备方法。本专利技术的目的是这样实现的，(1)在梯度多层磁性颗粒膜材料体系上，采用具有较大体积电阻率和较高复磁导率的磁性氧化物(如Co2O3、CoFe2O4、ZnFe2O4等)替代传统的仅具有较高体积电阻率的非磁性材料(如Zr、Hf、SiO2、Al2O3、ZrO2、MgO、AlN、SiN等)，从而使磁性颗粒膜在保持较高体积电阻率的情况下，显著提高饱和磁化强度Ms以及复磁导率，实现“强吸收”的目的；(2)采用逐层降低铁磁性材料在薄膜中的体积含量的方法，调整各层的电子隧穿效应及磁性颗粒间的交换耦合作用，实现薄膜体积电阻率由基层向面层逐渐增大，即ρ1＜ρ2＜……＜ρn，从而实现薄膜阻抗与空气阻抗的匹配的目的；同时赋予不同成分的磁性颗粒膜层不同的复磁导率自然共振频率fr等磁性参数。(3)采用磁性氧化物层作为磁性颗粒膜层之间的隔离层，有效阻隔磁性颗粒层间交换耦合效应，实现不同磁性参数的多层颗粒膜的物理叠加，形成磁谱的多共振峰，从而实现“宽频带”吸收的目的。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，为磁性颗粒膜层和隔离层组成的梯度n层复合薄膜，其特征在于：所述隔离层为磁性氧化物膜层，复合薄膜的物质组成通式(由基层到面层方向上)为：衬底/Ma1-Db1-I(1-a1-b1)/I1/Ma2-Db2-I(1-a2-b2)/I2/……/Man-Dbn-I(1-an-bn)/In其中：M为Fe、Co、Ni铁磁性材料中的一种或其合金；D为B、Si中的一种；I为CoFe2O4、ZnFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、NiCo2O4、Co2O3、Fe3O4磁性氧化物材料中的一种；ai、bi分别为M、D材料的体积含量，14％≤ai+bi≤99％，其中ai：14～99％，bi：0～30％，且a1＞a2＞……＞an；n不小于3。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，所述层数n介于3～20之间。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，所述磁性颗粒膜层的单层厚度介于5nm～500nm之间，各层彼此独立。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，所述磁性颗粒膜层的厚度逐层递增或逐层递减。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，所述隔离层的厚度介于5nm～50nm之间，各层彼此独立。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，所述保护层In的厚度介于2nm～10nm之间。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，所用衬底材料选自石英玻璃、单晶硅、聚酰亚胺、聚酯、聚四氟乙烯中的一种。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜的制备方法，采用磁控溅射工艺，包括衬底清洗、衬底和靶材安装和镀膜过程，其特征在于：镀膜过程在诱导磁场作用下溅射生长磁性颗粒膜层。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜的制备方法，其特征在于：诱导磁场强度介于100Oe～1000Oe之间。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜的制备方法，其特征在于：镀膜过程衬底温度介于室温～300℃之间。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜的制备方法，其特征在于：镀膜过程氩气气压介于0.2Pa～5Pa之间。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，具有吸收强、频带宽、与空气阻抗匹配的特点，可设计性强，适用于电磁防护
，特别适用于雷达低频波段的新型吸收材料以及电子器件的电磁兼容防护材料。本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜的制备方法，工艺简单，操作方便，适合于大规模生产。附图说明图1本专利技术涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜结构示意图图2实施例一涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜的X射线衍射谱图图3实施例一涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜的磁滞回线图图4实施例一涉及的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜的磁谱具体实施方式下面结合实施例对本专利技术提出的技术方案进行进一步说明，但不作为对技术方案的限制。任何一种可以实现本专利技术目的技术方法均构成本专利技术涉及技术方案的一部分。实施例一以聚酰亚胺为衬底，依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗15min，并在真空烘箱内烘干，在显微镜下观察无灰尘等污染物，固定到磁场强度为500Oe的样品托上。将纯度为99.97％的Fe45Co45B10(原子比)靶材安装到直流磁控靶枪上(A靶)，将纯度99.9％的CoFe2O4靶材安装到射频磁控靶枪上(B靶)。采用机械泵和分子泵两级抽真空至5×10-5Pa，将样品托送入溅射室，靶基距均为11cm，衬底温度为室温，样品台自转速率2r/min。向溅射室内充入纯度为99.999％的氩气，流量为20sccm，总气压保持在0.5Pa。设定A、B靶溅射功率分别为100W和100W，预溅射10min，去除靶表面的杂质。设定A、B靶溅射功率分别为160W和10W，稳定1min后，打开衬底挡板、靶挡板，A、B靶共溅射生长第1层磁性颗粒膜层，溅射时间200s，其中A靶的平均生长速率为0.490nm/s，B靶的平均生长速率为0.010nm/s，关闭衬底挡板、靶挡板，生长出厚度为100nm的第1层磁性颗粒膜层。调节B靶溅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，为磁性颗粒膜层和隔离层组成的梯度n层复合薄膜，其特征在于：所述隔离层为磁性氧化物膜层，复合薄膜的物质组成通式(自衬底到面层方向上)为：衬底/Ma1‑Db1‑I(1‑a1‑b1)/I1/Ma2‑Db2‑I(1‑a2‑b2)/I2/……/Man‑Dbn‑I(1‑an‑bn)/In其中：M为Fe、Co、Ni铁磁性材料中的一种或其合金；D为B、Si中的一种；I为CoFe2O4、ZnFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、NiCo2O4、Co2O3、Fe3O4磁性氧化物材料中的一种；ai、bi分别为M、D材料的体积含量，14％≤ai+bi≤99％，其中a：14～99％，b：0～30％，且a1＞a2＞……＞an；n不小于3。

【技术特征摘要】
1.一种梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，为磁性颗粒膜层和隔离层组成的梯度n层复合薄膜，其特征在于：所述隔离层为磁性氧化物膜层，复合薄膜的物质组成通式(自衬底到面层方向上)为：衬底/Ma1-Db1-I(1-a1-b1)/I1/Ma2-Db2-I(1-a2-b2)/I2/……/Man-Dbn-I(1-an-bn)/In其中：M为Fe、Co、Ni铁磁性材料中的一种或其合金；D为B、Si中的一种；I为CoFe2O4、ZnFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、NiCo2O4、Co2O3、Fe3O4磁性氧化物材料中的一种；ai、bi分别为M、D材料的体积含量，14％≤ai+bi≤99％，其中a：14～99％，b：0～30％，且a1＞a2＞……＞an；n不小于3。2.根据权利要求1所述的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，其特征在于：所述层数n介于3～20之间。3.根据权利要求1所述的梯度多层磁性电磁波吸收薄膜，其特征在于：所述磁性颗粒膜层的单层厚度介于5nm～500nm之间，各层彼此独立。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丰帆，于名讯，胡国祥，潘士兵，孙向民，孙建生，徐勤涛，连军涛，
申请(专利权)人：山东非金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37