车声雷、李旺昌课题组在高频纳米软磁材料领域取得新进展

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浙江工业大学磁电功能材料研究所车声雷教授团队的李旺昌副教授近期在高频软磁复合材料方面取得进展，该研究构筑了一种仿生贝壳结构软磁复合材料，这种材料在MHz下具有600以上的磁导率和较低的损耗，有望成为匹配宽禁带半导体的高频功率软磁材料的解决方案之一，该研究以《Highpermeability and low loss bioinspired soft magnetic composites withnacre-like structure for high frequencyapplications》为题发表在4月1日出版的国际Top期刊ActaMaterialia（2019，167：267-274）上，李旺昌副教授为第一作者，车声雷教授为通讯作者。

随着高速大容量5G通信技术和第三代宽禁带半导体技术走向实用化，电子器件朝着小型化、高频化、高度集成、多功能和可穿戴的方向发展，也对功率软磁材料在高频率、高饱和磁通密度和低损耗方面提出了更高的要求，然而目前还没有能够完全匹配第三代宽禁带半导体的软磁材料，这已经成为限制下一代电子器件发展的一个瓶颈。针对这一亟需解决的关键性问题，纳米软磁复合材料、纳米晶软磁材料和软磁铁氧体成为了研究的重点。近年来，浙江工业大学磁电功能材料研究所在高频软磁材料方面做了大量的工作。

李旺昌副教授设计并制备研究了贝壳结构二维纳米软磁复合材料。通过Aharoni’s方程推导二维纳米软磁复合材料的各向异性退磁因子，通过Walser’s方程推导材料的磁导率，通过具体实验详细研究了材料的磁化机制行为。研究表明材料在MHz频段内有超过600的磁导率，是普通软磁复合材料的十倍。通过多变量非线性回归的方法对磁导率实部和虚部进行拟合分解，得到畴壁共振角频率ωd、自旋共振角频率ωs、畴壁共振磁化率χd0、自旋共振磁化率χs0、畴壁共振阻尼因子β、自旋共振阻尼因子α等参数，研究表明，高频磁导率主要来源于材料几何形貌而引起的的自旋共振效应。

团队进一步研究了贝壳结构二维纳米软磁复合材料的损耗机制，并构建损耗模型。与传统的球形SMC材料相比，贝壳结构二维纳米软磁复合材料具有完全不同的损耗机制和损耗模型。在低频下，这种材料的磁滞损耗高于传统材料，但是在高频下，由于厚度远小于趋肤深度，其涡流损耗显著性降低。构建其损耗模型发现，相比于传统材料的涡流系数0.2467，这种材料涡流系数只有0.0083。

研究表明，仿生贝壳结构纳米复合材料具有高频高磁导率低损耗的特性，有望解决下一代宽禁带功率半导体器件高频化、小型化的瓶颈问题。

近期李旺昌副教授在高频材料方面取得多项研究进展，相关论文发表在Top期刊Composites Science and Technology（2019，173：7-14；2019，174：184–193）、Ceramics International （2019，45：3864-3870）和Journalof Magnetic and Magnetism Materials(2018，456：333–340；2018，454：103–109)上。

车声雷教授长期从事铁氧体磁性材料、粉体材料、介电材料等功能陶瓷材料的研究开发工作，近10年来的主要研究方向是锰锌功率铁氧体的材料研发、工艺改良、机理解析和电磁应用等。主持开发的多项代表世界领先水平的软磁铁氧体产品在日本TDK投产，获得TDK最高技术奖等3项奖励，发表学术论文40多篇。截止2010年底已申请日、美、中国发明专利81项（其中29项授权）。2010年入选第4批国家“##计划”，2011年回国工作。