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仪表网 研发快讯】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(如图1)。该柔性电感器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5 mm的拉伸变形量(自身尺寸的3倍，如图1e-g)，当弯曲半径为16 mm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280-390 nH/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。
研究成果以“Flexible Mini-Inductors with Ultra-High Inductance Density Directly Cut from Soft Magnetic Amorphous Alloys by Femtosecond Laser”为题发表在Advanced Functional Materials上。(DOI：10.1002/adfm.202313355)。论文的第一作者为宁波材料所博士研究生陈亚男、张岩研究员、王吉高级工程师，通讯作者为宁波材料所王军强研究员、张岩研究员、张文武研究员，合作作者包括宁波材料所硕士研究生陈志豪、博士后曹小文、博士研究生韩飞、向明亮工程师、霍军涛研究员。本工作是和宁波材料所张文武研究员带领的激光与智能能量场制造工程团队合作完成，得到了国家自然科学基金项目、浙江省“尖兵计划”、宁波市基金和宁波材料所所长基金的支持。(中国科学院磁性材料与器件重点实验室 陈亚男)
图1 非晶合金柔性微型电感器的制备与特性：(a)利用飞秒激光制备柔性电感器的示意图；(b)9匝柔性电感器与指纹对比的光学图像；(c)9匝柔性电感器的放大光学图像；(d)处于弯曲状态的微型电感；(e-g)电感器在不同拉伸变形下的光学图片，变形量可逐渐增大至5 mm
图2 (a)和(b)在平坦和弯曲条件下电感值和品质因子的频率依赖性(插图显示了在弯曲半径为16 mm的电感器)；(c)非晶柔性电感器在不同弯曲应变下的电感值和品质因子(f = 1 MHz)，衰减量小于10%；(d) 2500次弯曲循环后的电感值和品质因子几乎不变(f = 1 MHz)
图3 柔性非晶电感器与文献报道其他类型电感器的的电感值及电感密度对比图
图4 (a)和(b)为铜电感器的横截面与平面磁通线分布；(c)和(d)为柔性非晶软磁电感器的横截面与平面磁通线分布，在空间内几乎无漏磁现象
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