本文選題：玻璃包覆非晶微絲 + GMI效應(yīng)　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：巨磁阻抗(GMI)效應(yīng)是指在一定強(qiáng)度與頻率的交變電流激勵下,磁敏材料的交流阻抗隨外磁場改變而顯著變化的現(xiàn)象。作為一種軟磁功能材料,玻璃包覆非晶微絲由于具有靈敏度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)而在磁敏傳感器方面體現(xiàn)重要的應(yīng)用價值,同時由于其高電阻率、高磁導(dǎo)率,在微波頻段內(nèi)具有較好的電磁匹配特性,且具有表面化學(xué)惰性和應(yīng)力狀態(tài)可調(diào)性,因此可作為微波吸收劑而在復(fù)合式新型吸波材料領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。本文以玻璃包覆非晶微絲作為研究對象,研究其GMI效應(yīng)和電磁性能,具體包括微絲GMI效應(yīng)的尺寸特性、溫度特性、調(diào)制處理以及短微絲-石蠟復(fù)合材料的電磁參數(shù)調(diào)控與吸波性能等。研究了不同尺寸的制備態(tài)Co基非晶絲在各種測量參數(shù)下的GMI效應(yīng),結(jié)果表明,激勵電流對磁化過程和GMI效應(yīng)的影響與頻率密切相關(guān)。在較低頻下,激勵電流升高使直流磁場作用下的環(huán)向磁化效果降低,同時使得GMI效應(yīng)減弱。頻率升高至兆赫茲級別后,趨膚效應(yīng)明顯增強(qiáng),并對磁化過程產(chǎn)生顯著影響,使得激勵電流變化對GMI的影響減弱。對于特定頻率,存在一個使GMI效應(yīng)最優(yōu)的最佳激勵電流Ip,隨著交流頻率的升高,Ip增加。微絲長度對GMI的影響主要源于端部效應(yīng)和直流電阻的變化;直徑對GMI效應(yīng)的影響主要源于冷卻速度的不同導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)有序度和內(nèi)應(yīng)力分布的差異。微絲的優(yōu)化幾何參數(shù)為L=20mm,Φ=30μm,此時,微絲各頻率下均具有最優(yōu)的GMI效應(yīng)。計(jì)算了對玻璃包覆非晶微絲的玻璃-金屬間的界面應(yīng)力,結(jié)果表明,該應(yīng)力與微絲的徑芯比η密切相關(guān),且隨η的增加而增加。定量分析了去除玻璃層后GMI效應(yīng)的增益程度與η的關(guān)系:當(dāng)η由2.39上升至3.53時,微絲在10MHz下去除玻璃層后GMI的增益量由7.23%上升至28.24%,這說明,η的升高使得界面應(yīng)力增大,與計(jì)算結(jié)果一致。分析了三種不同狀態(tài)微絲的GMI溫度特性。結(jié)果表明,溫度對GMI效應(yīng)的影響規(guī)律與驅(qū)動電流頻率、直流外磁場以及微絲狀態(tài)有關(guān)。升溫過程中,在各頻率下,制備態(tài)原絲與去除玻璃層裸絲的GMI效應(yīng)均單調(diào)下降;退火態(tài)微絲則隨頻率不同表現(xiàn)為或升高后降低、或單調(diào)升高的規(guī)律。制備態(tài)原絲的GMI溫度穩(wěn)定性要優(yōu)于玻璃層去除態(tài)和直流退火態(tài),各狀態(tài)樣品的GMI溫度穩(wěn)定性均隨激勵頻率和磁場強(qiáng)度的增加而提高。GMI的溫度特性與溫度加載方式有關(guān),降溫過程中的GMI效應(yīng)并不沿升溫過程的軌跡返回,而呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢,降至室溫后GMI峰值較初始室溫略有降低;以兩次循環(huán)的方式升溫時,第二個溫度循環(huán)的GMI溫度穩(wěn)定性大幅度提高。優(yōu)化了基于電流退火的兩種GMI調(diào)制處理方法,脈沖退火優(yōu)化參數(shù)組合為電流Ipulse=140m A、退火時間tpulse=480s、脈沖頻率fpulse=50Hz,可獲得最大GMI比率為223%,最大磁場響應(yīng)靈敏度316%/Oe。脈沖電流瞬時激發(fā)的環(huán)向磁場要高于直流,可促進(jìn)微絲內(nèi)部短程磁矩有序取向微區(qū)的形成,并提高其磁矩排列有序度,因此可獲得優(yōu)于直流退火的GMI效應(yīng)。低溫介質(zhì)退火最佳參數(shù)為電流I=280m A、時間t=300s,可獲得最大GMI比率429%,最高靈敏度577%/Oe。該方法可使用較大電流以增強(qiáng)環(huán)向磁化效果,調(diào)制處理后微絲表面層保持非晶態(tài),芯部出現(xiàn)納米晶,降低了直流電阻,因此可獲得較高的GMI效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上施加后續(xù)直流退火處理,可消除由大溫差所感生的應(yīng)力,調(diào)節(jié)磁疇結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步提高GMI效應(yīng)。研究了不同填充比下的Co基和Fe基玻璃包覆非晶短微絲-石蠟復(fù)合樣品的電磁參數(shù)及吸波性能。結(jié)果表明,在填充比為9wt.%時,Co基復(fù)合樣品具有最高的電磁耗損和最佳的吸波性能;在涂層厚度3~4mm時,復(fù)合樣品具有較寬的吸波帶,對應(yīng)頻域?yàn)?0~16GHz;涂層厚度為3.2mm和3.5mm時,其最高吸波峰值分別可達(dá)-38.91d B和-36.34d B。在填充比為7wt.%時,Fe基復(fù)合樣品具有最高的電磁耗損和最佳的吸波性能,涂層厚度2~4mm范圍內(nèi),復(fù)合樣品具有較寬的吸波帶,對應(yīng)頻域?yàn)?2~18GHz;涂層厚度為3.0mm和3.5mm時,其最高吸波峰值分別可達(dá)-35.94d B和-39.54d B。研究了非晶微絲后直流退火處理的相關(guān)性能。以電磁波阻抗匹配原則進(jìn)行退火參數(shù)優(yōu)化后,可在抑制電導(dǎo)率增加的同時,使磁導(dǎo)率升高而矯頑力降低,電磁參數(shù)間數(shù)值更為接近,阻抗匹配度提高,改善了復(fù)合樣品的吸波特性。與制備態(tài)Co基短微絲-石蠟復(fù)合樣品的吸波性能相比,雖然退火后樣品的吸波峰值略有下降,但其吸波頻域?qū)捇椅ǚ迕娣e增加。涂層厚度為2.5mm時,復(fù)合樣品的吸波曲線峰值為-17.2d B,對應(yīng)頻率為14.6GHz,-10d B以上吸波帶寬可達(dá)7.2GHz;涂層厚度為3.5mm與4mm時,復(fù)合樣品的吸波曲線峰值分別為-19.8d B與-20.4d B,對應(yīng)頻率分別為10.48GHz與9.12GHz,-10d B以上吸波帶寬相近,均為6.8GHz左右。
[Abstract]:In this paper , the GMI effect of glass - coated amorphous micro - filament is studied . The results show that when the filling ratio is 9 wt . % , the maximum peak value of GMI can be up to - 38.91d B and - 36.34B , and the maximum peak value of GMI is 3 . 2 mm and 3 . 5 mm . The peak value of the wave absorption curve of the composite sample is - 17.2d B , the corresponding frequency is 14.6 GHz , the wave absorbing bandwidth of the composite sample can reach 7.2GHz , the peak value of the wave absorption curve of the composite sample is - 19.8d B and - 20.4d B , respectively , and the corresponding frequency is 10.48GHz and 9.12GHz respectively , and the corresponding frequency is about 6.8GHz .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM271.2;TB34

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1 王曉冬;玻璃包覆非晶微絲GMI效應(yīng)的影響因素及電磁性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

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本文編號：1899661