随着电子信息技术的快速发展，电磁干扰问题日益严重，这促使了电磁波吸收材料的快速发展。在这些材料中，软磁材料因其高饱和磁化强度引起的优异磁损耗能力而备受关注。然而，软磁材料的铁磁共振行为受到损耗能力和频率之间矛盾关系的阻碍，即Snoek极限。克服Snoek极限的传统方法是制备磁性/介电复合材料，然而这种方法对磁性材料本身的铁磁共振频率的提升有限。因此，开发突破Snoek极限的新方法，对于推动高频磁损耗材料的研发和吸波材料的性能优化至关重要。
研究方法
杭州电子科技大学张雪峰教授团队提出了一种通过固态相变调控磁性Fe3C 形状各向异性，从而优化其磁损耗性能的新策略。利用共析钢在不同温度下等温淬火析出不同厚度的片状渗碳体(Fe3C)，结合电化学腐蚀去合金化将铁素体刻蚀，即可获得具有不同各向异性的磁性Fe3C微米片粉末。
研究亮点和意义
突破Snoek极限: 通过固态相变精确调控Fe3C 微米片的形状各向异性，有效地调节了共振频率，使其从9.47 GHz提升至11.56 GHz，突破了Snoek极限的限制。
优异的吸波性能: 在11.56 GHz频率下，复磁导率虚部可达0.9，最小反射损耗为-52.09 dB (15.85 GHz, 2.90 mm)，有效吸收带宽为2.55 GHz (1.20 mm, ≤-10 dB)，展现出优异的吸波性能。
揭示各向异性作用: 阐明了各向异性与高频磁损耗能力之间的关系，为设计高性能吸波材料提供了新思路。
拓展材料应用: 实现了传统结构材料的功能化应用，为从其他传统结构材料中获得功能材料的研究提供了启示。
小结
这项研究开发了一种简单、高效、可控的Fe3C微米片制备方法，并通过固态相变调控其形状各向异性，显著提升了其高频磁损耗能力和吸波性能。该研究成果为高性能吸波材料的设计以及传统结构材料的功能化应用提供了新的思路和策略。
图1. 在不同温度下进行等温淬火后，共析钢的微观结构以及制备得到的Fe3C微米片的形貌和厚度。(a) 不同温度下等温淬火共析钢的SEM图像（比例尺：2 μm）。(b) Fe3C-700、Fe3C-625和Fe3C-550微米片的SEM图像（比例尺：10 μm）。(c) Fe3C-700微米片的高分辨TEM图像、EDS图和SAED图（比例尺：1 μm）。(d) 珠光体、电化学去合金化过程和分析方向示意图。(e) Fe3C微米片厚度汇总。图中数字指的是等温淬火温度。
图2. Fe3C微米片在6-14 GHz频率范围内的磁损耗性能。(a) 6-14 GHz频率范围内复磁导率的实部 (μ')。(b) 6-14 GHz频率范围内复磁导率的虚部 (μ'')。彩色拟合线是通过Landau–Lifshitz–Gilbert (LLG) 方程对实验曲线（灰色线）进行拟合得到的。(c) 不同厚度Fe3C微米片的自然共振频率、有效吸收带宽、反射损耗和相应的厚度。(d) 已报道的软磁材料和Fe3C微米片的共振频率 (fr) 与复磁导率虚部 (μ'') 的对比。(e) 6-14 GHz频率范围内Fe3C微米片的磁损耗角正切 (tan δM)。
作者
这项工作的第一作者是杭州电子科技大学的赵荣志博士。东北大学的李逸兴博士和杭州电子科技大学的张雪峰教授是该论文的通讯作者。
R. Zhao, T. Gao, Y. Li, Z. Sun, Z. Zhang, L. Ji, C. Hu, X. Liu, Z. Zhang, X. Zhang, G. Qin, Highly anisotropic Fe3C microflakes constructed by solid-state phase transformation for efficient microwave absorption, Nature Communications 15(1) (2024) 1497. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45815-w
编译：贺君敬 博士
