原子层沉积与聚合物双重修饰提升Fe-Ni-Mo软磁复合材料的性能研究

为解决高频环境下软磁复合材料(SMCs)的涡流损耗与磁导率下降问题，研究人员通过原子层沉积(ALD)技术构建2.5 nm Al2 O3 绝缘层，结合有机聚合物二次修饰，使Fe-Ni-Mo SMCs在1 kHz下磁导率达242.7，频率稳定性提升至96.5%，100 kHz/100 mT条件下损耗低于570 mW cm?3 。该研究为高功率密度磁性器件微型化提供了新策略。

　　

随着第三代半导体技术推动电力电子器件向高频化、高功率密度发展，软磁复合材料(SMCs)作为变压器、电感器的核心部件，其性能瓶颈日益凸显。传统Fe-Ni-Mo合金SMCs虽具备高饱和磁通密度和三维各向同性磁化特性，但高频涡流损耗和磁导率下降严重制约了器件微型化进程。现有表面改性技术如溶胶-凝胶法虽能提升绝缘性，却难以兼顾涂层厚度与完整性——过薄会导致绝缘失效，过厚则损害磁导率。更棘手的是，有机涂层热稳定性差，而无机涂层又面临均匀性调控难题。

针对这一挑战，来自湖北省某研究团队创新性地采用原子层沉积(ALD)技术，在Fe-Ni-Mo粉末表面构建原子级精度的Al₂
O₃
绝缘层，并辅以聚合物二次修饰，成功制备出兼具高磁导率与低损耗的双层核壳结构SMCs。相关成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。

研究团队首先通过ALD技术在气雾化Fe-Ni-Mo粉末（D₅₀
=25.6 μm）表面沉积2.5 nm Al₂
O₃
层，随后采用聚乙烯醇(PVA)和有机硅树脂(SR)进行二次包覆。利用SEM-EDS、XPS等技术表征涂层形貌，通过阻抗分析仪和B-H分析仪测试电磁性能。

材料与方法
研究选用粒径≤38 μm的Fe-Ni-Mo粉末（Ni 81.15 wt%，Mo 2.40 wt%），通过ALD工艺以三甲基铝(TMA)为前驱体沉积Al₂
O₃
层，再经溶液法加载PVA/SR有机层。采用振动样品磁强计(VSM)分析磁性能，通过Archimedes法测定密度。

粉末特性
SEM显示ALD修饰后的粉末保持球形形貌，EDS证实Al、O元素均匀分布。XPS证实Al₂
O₃
层化学计量比为2:3，TEM显示其非晶态结构。一次修饰使粉末电阻率提升10⁹
倍，二次修饰后颗粒间结合力增强。

磁性能突破
ALD单次修饰使SMCs频率稳定性从11.3%跃升至96.5%，1 kHz下有效磁导率(μ_e
)达198.4。二次修饰后μ_e
进一步提升至242.7，且在1 MHz仍保持95.2%稳定性。100 kHz/100 mT条件下总损耗被抑制在570 mW cm^?3
以下，较传统工艺降低60%。

结论与展望
该研究通过ALD原子尺度精确调控与聚合物协同修饰，突破SMCs"高μ_e
-低损耗"不可兼得的传统认知。2.5 nm Al₂
O₃
层实现电阻率数量级跃升，而PVA/SR层有效缓解成型应力。这种双修饰策略为光伏、电动汽车等领域的高频磁性器件微型化提供了新思路，其原子级涂层设计理念可拓展至其他合金体系。未来研究可进一步探索ALD循环次数与磁性能的定量关系，以及更高频段(>10 MHz)的性能优化。