张雪峰教授团队《Nature Commun》：软磁复合材料领域新突破！

近日，Nature Communications在线刊登了杭州电子科技大学材料与环境工程学院张雪峰教授团队的研究论文“Vortex-Based Soft Magnetic Composite with Ultrastable Permeability up to Gigahertz Frequencies“。该工作利用具有涡旋磁结构的软磁颗粒构造复合材料，消除传统磁性材料中的畴壁共振，获得了非常稳定的磁导率频谱特性，有望在集成磁器件中实现应用。

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软磁材料具有一定的磁导率，可以在外场激励下产生交变磁通，是电感器、变压器等功率电子器件的基础材料。随着“more-than Moore”集成电路封装技术的发展，工作频率在100MHz以上的PCB集成电感已开始采用，这就对在此频率下拥有稳定磁导率的软磁材料提出了新的需求。传统铁氧体材料虽然磁导率可以在很高频率稳定，但是其饱和磁化强度和居里温度都很低，不利于电感集成。

在该研究中，研究团队制备出一种具有高磁导率频率稳定性的软磁复合材料。这种复合材料由具有磁涡旋结构的超细FeSiAl磁粉通过冷烧结工艺制备，磁粉之间磁绝缘，并且通过Al2SiO5/SiO2/Fe2(MoO4)3界面层共价结合。这种独特的磁结构和界面结构，可以使复合材料即使在1GHz仍然能够保持13的磁导率，105 Am2/kg的饱和磁化强度以及48A/m的低矫顽力。通过洛伦兹透射电镜和微磁学模拟进一步证明是复合材料中的均匀分布的磁涡旋结构诱导了这些优异的磁性能。同时，由于颗粒间绝缘层的外延生长，复合材料的抗压强度也提高到337.1MPa。该工作首次报道了三维磁涡旋结构的高频磁性能，满足了集成电感对高频软磁材料的迫切需求。

图1 所开发的复合材料的纤维结构和磁结构

图2（a-b）颗粒尺寸、磁结构、矫顽力之间的关系（c-d）相互接触和隔离的磁涡旋结构的磁滞回线（e-f）相互隔离与相互接触的颗粒的显微图片（g）独立的磁涡旋结构与相互接触的磁涡旋结构的DPC图像

图3（a-c）基于磁涡旋结构的软磁复合材料具有高达GHz的磁导率稳定性（d-e）基于磁涡旋结构的软磁复合材料磁性能和文献报道材料的对比（f）基于磁涡旋复合材料制备的高频电感性能

图4（a）不同冷烧结工艺和配方制备的复合材料的抗压曲线（b）冷烧结过程中的压缩曲线

作者简介

白国华教授

2017年获浙江大学博士学位，浙江省“万人计划”青年拔尖人才。长期致力于高频软磁材料基础和应用研究，以第一/通讯作者在Nat. Commun.、Adv. Funct. Mater.、Acta Mater.、Small、JMST等国际期刊上发表论文34篇，授权国家发明专利18件，以第二完成人获2019年国家科技进步二等奖和2018年浙江省科学技术进步一等奖。

张雪峰教授

博导，材料与环境工程学院院长，国家杰出青年基金获得者，国家海外高层次青年特聘专家，浙江省杰出青年科学基金获得者，浙江省高校领军人才。长期从事材料科学与工程专业教学和科研工作，以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文100余篇，申请专利40余件。

杭州电子科技大学材料与环境工程学院

杭州电子科技大学材料与环境工程学院组建于2010年，下设材料科学与工程系、环境科学与工程系和浙江省磁性材料研究院。浙江省磁性材料研究院于2017年成立，是杭州电子科技大学为打造新材料战略成立并重点建设的科研平台。研究院立足于新型磁、电、信息等功能材料的应用与基础研究，先后获得了浙江省高校高水平创新团队、浙江省新型传感材料重点实验室、浙江省先进电磁超材料国际科技合作基地和浙江省磁性材料协同创新中心。研究院现有教职工45人，其中教授7人，副教授12人，讲师26人，实验员4人，行政人员2人。研究院拥有超7000平米的实验场地，下设软磁材料、永磁材料、电磁兼容材料等研究方向，分布在杭州电子科技大学文一和下沙两个校区。研究院累计投入超亿元，购置了包括球差校正扫描透射电子显微镜，磁性综合测量系统，电子束曝光纳米加工平台，高性能计算集群等在内的大型仪器100多种，基本覆盖了磁性材料的理论模拟设计、材料制备合成、宏观性能测试、微结构表征分析和应用器件化等新材料开发各个环节。

近5年，研究院承担了一批国家级科研项目，其中包括国家重点研发、国际科技合作项目、国家自然科学基金等50余项，获得国家科技进步奖二等奖1项，在Nat. Comm., Adv. Mater., 等期刊发表SCI论文200余篇，授权国家发明专利100余件，围绕国家重大战略需求，团队与国内众多龙头企业建立了研发合作，与华为、浙江大华、杨芯科技等企业合作开发了多款高性能电磁兼容材料，已应用于5G基站等电子信息类产品；与横店东磁、杭州永磁、中科磁业、卧龙电驱等企业合作开发了多款高牌号稀土永磁材料，已应用于比亚迪新能源汽车等高端电机产品。

本文来自：杭州电子科技大学材料与环境工程学院。