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《AFM》王军强等工作:在非晶柔性微型电感器方面取得重要进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-03-27  浏览次数:2586
可穿戴设备、柔性显示屏以及便携式电子产品的快速发展,对柔性微型电子组件的需求日益增长。其中,高密度柔性微型电感器作为电力转换和信号处理的关键元件,在提升设备性能、降低能耗以及实现设备微型化方面发挥着至关重要的作用。为满足新一代柔性电子产品对柔韧性和可弯曲性的高要求,相关研究表明,可在柔性基板上集成薄膜电感器。但是这些线圈主要由非磁性材料组成,即使有磁性薄膜作为衬底,也会产生漏磁现象。这种漏磁会降低电感值,无法满足直流-直流(DC-DC)转换器等低频应用对高感值的需求。因此,研究高电感值且具有柔韧性的电感器,为实现更高效、更紧凑的柔性电子系统提供新的解决方案,具有极其重要的研究价值和应用前景。

近期,中国科学院宁波材料技术与工程研究所非晶合金磁电功能特性团队在王军强研究员的指导下,基于铁基非晶软磁合金的优异性能,利用高精度飞秒激光烧蚀技术,在抑制非晶合金晶化的前提下,制备得到了非晶柔性微型电感器。相关研究成果以”Flexible Mini-Inductors with Ultra-High Inductance Density Directly Cut from Soft Magnetic Amorphous Alloys by Femtosecond Laser“为题在Advanced Functional Materials上发表。

研究人员制备的柔性电感器(图1)具有优异的机械柔韧性和非常高的变形稳定性,可承受大于5mm的拉伸变形量(自身尺寸的3倍,如图1e-g),当弯曲半径为16mm时,电感值和品质因子衰减小于10%,2500次弯曲实验之后性能依旧(如图2)。同时,在1MHz时其电感密度高达280-390nH/mm2,是传统平面电感器的10倍左右(如图3),并且相较于传统的铜等非磁性材料,减少了漏磁现象,漏磁小于10-4 T (如图4),可极大减少电子元器件之间的干扰。这种电感器的柔性设计不仅使其能够适应各种弯曲和折叠的应用环境,还能在极小的体积内实现高电感密度,满足微型化和轻薄化电子产品的需求。通过优化非晶软磁合金条带的磁性能和精确的线圈设计,可以实现不同范围电感值的调控。这种电感器在低频、高效电子设备中具有广泛应用潜力,不仅为非晶软磁合金提供了一种新的应用场景,也为柔性电子技术的发展提供了更多的材料选择和设计灵感。 (文章来源于中国科学院宁波材料所)

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