本文關(guān)鍵詞：非晶軟磁材料的巨磁阻抗效應(yīng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為傳感器中一支重要的分支,磁性傳感器在現(xiàn)代人類社會(huì)中扮演著極為重要的角色,其應(yīng)用幾乎覆蓋了人類日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)中的每一個(gè)角落,諸如交通運(yùn)輸、移動(dòng)通信、空間磁場(chǎng)勘測(cè)、目標(biāo)檢測(cè)、軍事以及生物醫(yī)療等。目前,常見(jiàn)的磁性傳感器主要包括磁通門、霍爾傳感器、巨磁電阻傳感器、超導(dǎo)量子干涉儀等。但是,由于受到自身性能、使用范圍、性價(jià)比等因素的影響,上述磁性傳感器的發(fā)展?jié)摿κ艿搅艘欢ǖ南拗�。于�?人們渴望出現(xiàn)一種新型的磁性傳感技術(shù)能夠替代傳統(tǒng)的磁性傳感技術(shù)來(lái)滿足未來(lái)社會(huì)發(fā)展的需要。直到20世紀(jì)90年代,巨磁阻抗效應(yīng)(Giant magneto-impedance effect,簡(jiǎn)稱GMI effect)的發(fā)現(xiàn)才為這一希冀帶來(lái)了新的曙光。目前,GMI效應(yīng)的研究對(duì)象從最初的Co基非晶絲材料逐漸擴(kuò)展到了非晶薄帶、薄膜、多層膜和復(fù)合結(jié)構(gòu)絲等多種不同的軟磁材料體系。在現(xiàn)有的GMI材料體系中,非晶態(tài)軟磁合金材料具有極為優(yōu)異的軟磁性能和良好的GMI效應(yīng),是現(xiàn)今GMI效應(yīng)研究中最為重要的材料體系。本文中,我們基于Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9和Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)兩種非晶軟磁薄帶材料,一方面,研究不同處理方法對(duì)非晶薄帶材料GMI效應(yīng)的影響,并嘗試在合適的處理?xiàng)l件下提升材料的GMI效應(yīng)以及相應(yīng)的磁場(chǎng)靈敏度;另一方面,基于GMI效應(yīng),直接利用具有較高磁場(chǎng)靈敏度的非晶薄帶樣品對(duì)磁性納米顆粒產(chǎn)生的磁信號(hào)進(jìn)行了探測(cè),進(jìn)而探索GMI效應(yīng)在弱磁場(chǎng)探測(cè)以及生物傳感方面的潛在應(yīng)用價(jià)值。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1.基于Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶帶,我們分別采用直流焦耳熱退火和快速磁場(chǎng)熱退火方式對(duì)其進(jìn)行處理。首先,我們研究了電流幅值以及通電時(shí)間對(duì)Fe基非晶帶GMI效應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),合適的直流焦耳熱處理可以有效地增強(qiáng)Fe基非晶帶的GMI效應(yīng),這一現(xiàn)象可以歸因于非晶帶橫向磁導(dǎo)率的增加以及其軟磁性能的改善。此外,快速熱退火處理也可以改善非晶帶的GMI效應(yīng),但這種效果并不明顯。當(dāng)在退火過(guò)程中沿著非晶帶的橫向施加一磁場(chǎng)時(shí),非晶帶的GMI效應(yīng)會(huì)得到進(jìn)一步地改善,這主要來(lái)源于樣品橫向磁導(dǎo)率的增大。2.利用電化學(xué)沉積方法在Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶帶表面包覆FeCo薄膜,從而制備出了FeCo/非晶帶/FeCo的三明治結(jié)構(gòu)樣品,并研究了非晶帶表面FeCo薄膜厚度對(duì)樣品GMI效應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在FeCo薄膜厚度較小時(shí),三明治結(jié)構(gòu)樣品可以獲得明顯高于制備態(tài)Fe基非晶帶的GMI效應(yīng)。而且隨著FeCo薄膜的增加,三明治結(jié)構(gòu)樣品的GMI效應(yīng)會(huì)明顯地減小并逐漸趨于穩(wěn)定。這一結(jié)果說(shuō)明適當(dāng)厚度的磁性層包覆可以有效地增強(qiáng)Fe基非晶帶的GMI效應(yīng)。3.基于Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)非晶帶,我們分別研究了拉應(yīng)力、樣品尺寸以及樣品幾何結(jié)構(gòu)對(duì)其GMI效應(yīng)的影響。首先,在軸向拉應(yīng)力作用下,非晶帶的GMI效應(yīng)會(huì)有一定程度的增強(qiáng),并且隨著所施加拉應(yīng)力的增大,非晶帶GMI效應(yīng)的增強(qiáng)也會(huì)越明顯。其次,樣品的尺寸對(duì)非晶帶的GMI效應(yīng)有著極為顯著的影響。對(duì)于條帶樣品而言,隨著寬度的減小,樣品的GMI效應(yīng)會(huì)先減小后增大。此外,樣品的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)其GMI效應(yīng)也有著極為顯著的影響,我們通過(guò)引入“尖角狀”結(jié)構(gòu)有效地提高了Co基非晶帶在低場(chǎng)下的磁場(chǎng)靈敏度。4.利用激光刻蝕技術(shù)在Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)非晶帶表面引入了形狀各向異性,從而改變非晶帶表面退磁場(chǎng)的大小及其分布,在此基礎(chǔ)上,我們研究了激光刻蝕方向?qū)o基非晶帶GMI效應(yīng)的影響。結(jié)果表明,通過(guò)這一方法可以有效地調(diào)控Co基非晶帶的GMI效應(yīng)及其磁場(chǎng)靈敏度。5.基于GMI效應(yīng),利用高靈敏度的Co基非晶帶樣品對(duì)Fe_3O_4 納米顆粒進(jìn)行探測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),樣品的GMI效應(yīng)對(duì)Fe_3O_4 納米顆粒的存在極為敏感。在Fe_3O_4 濃度為1μg/m L時(shí),樣品最大GMI值的下降最為明顯,最大GMI值的變化可達(dá)到1.8%。同時(shí),在2 MHz下,隨著Fe_3O_4 濃度的增大,非晶帶樣品最大GMI值的下降會(huì)有所減弱。這一研究表明GMI效應(yīng)可以廣泛地用于弱磁場(chǎng)信號(hào)的探測(cè)。
【關(guān)鍵詞】：磁性傳感器 巨磁阻抗效應(yīng) 非晶薄帶 磁場(chǎng)靈敏度 Fe3O4納米顆粒的探測(cè)
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O482.54;TP212
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-37
• 1.1 引言14-15
• 1.2 巨磁阻抗效應(yīng)的簡(jiǎn)介15-20
• 1.2.1 什么是巨磁阻抗效應(yīng)15-16
• 1.2.2 巨磁阻抗效應(yīng)的起源16-18
• 1.2.3 巨磁阻抗效應(yīng)的發(fā)展歷程18-20
• 1.3 非晶薄帶的GMI效應(yīng)研究20-26
• 1.3.1 非晶薄帶的結(jié)構(gòu)20-21
• 1.3.2 非晶薄帶的成分構(gòu)成21-22
• 1.3.3 應(yīng)力處理22-23
• 1.3.4 熱退火23-25
• 1.3.5 三明治結(jié)構(gòu)25-26
• 1.4 GMI效應(yīng)的應(yīng)用及發(fā)展前景26-29
• 1.4.1 地磁場(chǎng)的探測(cè)26
• 1.4.2 目標(biāo)探測(cè)26-27
• 1.4.3 應(yīng)力的檢測(cè)27-28
• 1.4.5 生物傳感技術(shù)28-29
• 1.5 本論文的工作內(nèi)容29-31
• 參考文獻(xiàn)31-37
• 第二章 基礎(chǔ)知識(shí)及理論介紹37-49
• 2.1 非晶態(tài)合金材料37-39
• 2.1.1 非晶態(tài)合金材料37-38
• 2.1.2 非晶態(tài)合金材料的磁疇結(jié)構(gòu)38-39
• 2.2 GMI效應(yīng)中的基本理論39-42
• 2.3 GMI效應(yīng)中的單峰和雙峰特征42
• 2.4 影響GMI效應(yīng)的因素42-46
• 2.4.1 交流信號(hào)43
• 2.4.2 外磁場(chǎng)43-44
• 2.4.3 偏置信號(hào)44
• 2.4.4 溫度44-46
• 參考文獻(xiàn)46-49
• 第三章 實(shí)驗(yàn)儀器和材料的表征方法49-57
• 3.1 實(shí)驗(yàn)儀器49-51
• 3.1.1 激光打標(biāo)機(jī)49
• 3.1.2 電化學(xué)工作站49-50
• 3.1.3 快速升溫磁場(chǎng)熱處理爐50-51
• 3.2 樣品性能的表征方法51-56
• 3.2.1 X射線衍射儀51
• 3.2.2 掃描電子顯微鏡51-52
• 3.2.3 振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)52-54
• 3.2.5 精密阻抗分析儀54-56
• 參考文獻(xiàn)56-57
• 第四章 鐵基非晶帶的巨磁阻抗效應(yīng)研究57-73
• 4.1 直流電退火對(duì)非晶帶GMI的影響57-61
• 4.1.1 Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶帶的結(jié)構(gòu)及其磁性57-58
• 4.1.2 直流電退火對(duì)非晶帶GMI效應(yīng)的影響58-61
• 4.2 快速磁場(chǎng)熱處理對(duì)非晶帶GMI的影響61-63
• 4.2.1 熱處理溫度對(duì)非晶帶GMI效應(yīng)的影響61-62
• 4.2.2 磁場(chǎng)熱處理對(duì)非晶帶GMI效應(yīng)的影響62-63
• 4.3 FeCo/非晶帶/FeCo三明治結(jié)構(gòu)樣品的GMI效應(yīng)研究63-71
• 4.3.1 樣品的制備64-65
• 4.3.2 樣品的形貌表征65-66
• 4.3.3 樣品結(jié)構(gòu)及磁性表征66-67
• 4.3.4 三明治結(jié)構(gòu)樣品GMI效應(yīng)的研究67-71
• 4.4 本章小結(jié)71-72
• 參考文獻(xiàn)72-73
• 第五章 鈷基非晶帶的巨磁阻抗效應(yīng)研究73-96
• 5.1 應(yīng)力拉伸對(duì)Co基非晶帶GMI效應(yīng)的影響73-76
• 5.1.1 Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)非晶帶的結(jié)構(gòu)及其磁性73-74
• 5.1.2 拉應(yīng)力對(duì)Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)非晶帶GMI效應(yīng)的影響74-76
• 5.2 Co基非晶帶尺寸對(duì)GMI效應(yīng)的影響76-82
• 5.2.1 不同寬度的非晶帶樣品的制備76-77
• 5.2.2 Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)非晶帶的尺寸對(duì)GMI效應(yīng)的影響77-82
• 5.3 Co基非晶帶結(jié)構(gòu)對(duì)GMI效應(yīng)的影響82-88
• 5.3.1 夾角 2θ 對(duì)樣品的GMI效應(yīng)的影響82-85
• 5.3.2 條帶寬度d對(duì)樣品GMI效應(yīng)的影響85-87
• 5.3.3 對(duì)稱性對(duì)樣品GMI效應(yīng)的影響87-88
• 5.4 激光刻蝕對(duì)Co基非晶帶GMI效應(yīng)的調(diào)控88-94
• 5.4.1 樣品的制備與表征88-91
• 5.4.2 表面刻蝕方向?qū)Ψ蔷MI效應(yīng)的影響91-94
• 5.5 本章小結(jié)94-95
• 參考文獻(xiàn)95-96
• 第六章 Co基非晶帶對(duì)磁性顆粒的探測(cè)96-101
• 6.1 磁性顆粒的制備及表征96-97
• 6.1.1 磁性納米顆粒的制備96
• 6.1.2 磁性納米顆粒的表征96-97
• 6.2 基于GMI效應(yīng)的磁性顆粒探測(cè)97-99
• 6.2.1 Fe_3O_4 納米顆粒的檢測(cè)原理及過(guò)程97
• 6.2.2 不同F(xiàn)e_3O_4 納米顆粒濃度的檢測(cè)結(jié)果97-99
• 6.3 本章小結(jié)99-100
• 參考文獻(xiàn)100-101
• 第七章 總結(jié)101-103
• 附錄 一維L1_0相的FePt磁性納米纖維的制備及表征103-110
• 1. 一維L1_0相FePt納米纖維的制備103-104
• 2. 納米纖維的表征104-108
• 2.1 已煅燒的納米纖維的結(jié)構(gòu)和形貌表征104-105
• 2.2 FePt納米纖維的結(jié)構(gòu)和形貌表征105-107
• 2.3 FePt納米纖維的磁性表征107-108
• 3. 一維FePt納米纖維的形成機(jī)制108
• 參考文獻(xiàn)108-110
• 在學(xué)期間的研究成果110-111
• 致謝111

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