磁介电复合材料微波性能的研究

Magnetodielectric composite have potential applications in high density microwave integrated device because of its coexistence of magnetic and dielectric properties, and magnetodielectric effect through the coupling between magnetic and dielectric attributes. We will research the magnetodielectric composite of microwave dielectric Mg2TiO4 and microwave magnetic (Ni,Zn)Fe2O4 with hydrothermal method and magnetron sputtering in this project. Firstly, we will search the optimal conditions of hydrothermally preparing (Ni,Zn)Fe2O4 and Mg2TiO4 and then prepare core-shell magnetodielectric composite powders with (Ni,Zn)Fe2O4 core and Mg2TiO4 shell. Finally, composite ceramics will be sintered with the composite powders by low temperature sintering or two step-sintering. On the other hand, we will prepare the composite film and multilayer films of (Ni,Zn)Fe2O4 and Mg2TiO4 with magnetron sputtering. The growth mechanism and interface characteristics between the two phase will be researched. We will study the microwave dielectric and magnetic properties as well as the magnetodielectric effects of the composite ceramics and films. We will research the magnetodielectric origin based on the experimental results. Through this project, we provide magnetic, dielectric and magnetodielectric results about the microwave magnetodielectric composite for its applications in devices.

磁介电复合材料同时具有磁性能和介电性能，而且磁性能和电性能之间的耦合会产生磁介电效应，可用于制备高密度微波集成器件，本项目以微波介质材料Mg2TiO4和微波磁性材料镍锌铁氧体为磁介电复合对象，一方面采用水热法，制备磁介电纳米核壳复合材料，通过改变镍锌比，调节铁氧体的晶格参数和磁性能，获得高质量界面结合的磁介电纳米核壳复合材料，然后低温或两步法烧结成陶瓷，研究陶瓷的微波介电性能、磁性能及其磁介电特征；另一方面，利用磁控溅射设备，共溅射制备Mg2TiO4和镍锌铁氧体的复合薄膜或交替溅射制备多层膜，研究两相的生长机理和界面结合特征，研究复合薄膜微波电性能、磁性能以及磁介电耦合特征。以实验为主，结合理论分析，揭示微波下磁、电性能以及磁介电的耦合机理，促进磁介电复合材料的应用。

多铁性复合材料同时具有铁电性和铁磁性，磁性能和电性能之间的耦合会产生磁介电效应，或电场诱导磁导率的变化，利用磁电复合材料的磁性能和电性能可制备高密度微波集成器件。本项目研究高频下磁性能和电性能之间的相互影响，给出高频下多铁性复合材料稳定性的评价。完成了申请书中的既定目标，具体内容简述如下：.1. 首先研究了单相磁性材料和介电材料的微波性能，(Ni,Zn)Fe2O4的微波性能，磁导率在稳恒磁场下激发出两个磁损耗峰，分别对应于畴壁共振和自旋共振，随着磁场的增加，两个损耗峰向高频方向移动，畴壁振动对应的损耗峰强度降低；得到了优良的微波材料，1250 °C烧结的Li2MgTiO4的微波性能参数是：εr = 15.7，Q×f = 91 000 GHz（8.1 GHz），τf = −28 ppm/°C。675 °C烧结的CaV2O6的微波性能参数是：εr = 10.2 , Q×f = 123,000 GHz（10.2 GHz），τf = − 60 ppm/°C。.2. 利用固相-水热法两步制备了MZTS@NZFO纳米核壳粉体，然后烧结成陶瓷，采用化学方法实现了两相在晶格尺度上的完美结合，减小了界面损耗，保证复合材料具有很好的磁性能、电性能以及磁电性能，为其在微电子器件中的应用提供了实验依据。.3. 微波磁电复合材料的研究，利用得到的磁性材料和介电材料，制备了NZFO+BST和NZFO+PZT复合材料，在高频下研究了电性能和磁性能及其相互作用。在磁场下会激发两个谐振峰，分别对应畴壁谐振和自旋谐振；极化后，同样会激发两个谐振峰，由于极化后电荷在晶界积累和等效偶极子转动造成的。然后针对畴运动和自旋旋磁运动，建立方程，模拟谐振峰运动方式，解释磁性能和电性能之间的相互作用，深入理解磁性能和电性能的相互耦合机理，为磁电多功能材料的应用提供了理论和实验依据。.4. 薄膜材料，制备研究了磁性薄膜YIG，介电薄膜BST和BTO，然后制备研究了YIG和BTO复合薄膜，复合薄膜具有优良的磁性能和电性能。.5. 针对L-L磁电复合模式，利用等效电路法，把磁、电、力统一到耦合方程中，得到对称的等效电路，把磁电效应和逆磁电效应统一在一起；利用实验条件，开展了磁性纳米材料的研究，制备系列CoTex和NiTex，系统研究了这两类材料纳米结构、形貌和磁性能。

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