本文關鍵詞：非晶軟磁材料的巨磁阻抗效應研究，，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)代人類社會中扮演著極為重要的角色,其應用幾乎覆蓋了人類日常生活以及工業(yè)生產中的每一個角落,諸如交通運輸、移動通信、空間磁場勘測、目標檢測、軍事以及生物醫(yī)療等。目前,常見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、超導量子干涉儀等。但是,由于受到自身性能、使用范圍、性價比等因素的影響,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能夠替代傳統(tǒng)的磁性傳感技術來滿足未來社會發(fā)展的需要。直到20世紀90年代,巨磁阻抗效應(Giant magneto-impedance effect,簡稱GMI effect)的發(fā)現(xiàn)才為這一希冀帶來了新的曙光。目前,GMI效應的研究對象從最初的Co基非晶絲材料逐漸擴展到了非晶薄帶、薄膜、多層膜和復合結構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,是現(xiàn)今GMI效應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非晶薄帶材料GMI效應的影響,并嘗試在合適的處理條件下提升材料的GMI效應以及相應的磁場靈敏度;另一方面,基于GMI效應,直接利用具有較高磁場靈敏度的非晶薄帶樣品對磁性納米顆粒產生的磁信號進行了探測,進而探索GMI效應在弱磁場探測以及生物傳感方面的潛在應用價值。本文的主要研究內容如下: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熱退火方式對其進行處理。首先,我們研究了電流幅值以及通電時間對Fe基非晶帶GMI效應的影響。結果發(fā)現(xiàn),合適的直流焦耳熱處理可以有效地增強Fe基非晶帶的GMI效應,這一現(xiàn)象可以歸因于非晶帶橫向磁導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,但這種效果并不明顯。當在退火過程中沿著非晶帶的橫向施加一磁場時,非晶帶的GMI效應會得到進一步地改善,這主要來源于樣品橫向磁導率的增大。2.利用電化學沉積方法在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的三明治結構樣品,并研究了非晶帶表面FeCo薄膜厚度對樣品GMI效應的影響。結果發(fā)現(xiàn),在FeCo薄膜厚度較小時,三明治結構樣品可以獲得明顯高于制備態(tài)Fe基非晶帶的GMI效應。而且隨著FeCo薄膜的增加,三明治結構樣品的GMI效應會明顯地減小并逐漸趨于穩(wěn)定。這一結果說明適當厚度的磁性層包覆可以有效地增強Fe基非晶帶的GMI效應。3.基于Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)非晶帶,我們分別研究了拉應力、樣品尺寸以及樣品幾何結構對其GMI效應的影響。首先,在軸向拉應力作用下,非晶帶的GMI效應會有一定程度的增強,并且隨著所施加拉應力的增大,非晶帶GMI效應的增強也會越明顯。其次,樣品的尺寸對非晶帶的GMI效應有著極為顯著的影響。對于條帶樣品而言,隨著寬度的減小,樣品的GMI效應會先減小后增大。此外,樣品的幾何結構對其GMI效應也有著極為顯著的影響,我們通過引入“尖角狀”結構有效地提高了Co基非晶帶在低場下的磁場靈敏度。4.利用激光刻蝕技術在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的大小及其分布,在此基礎上,我們研究了激光刻蝕方向對Co基非晶帶GMI效應的影響。結果表明,通過這一方法可以有效地調控Co基非晶帶的GMI效應及其磁場靈敏度。5.基于GMI效應,利用高靈敏度的Co基非晶帶樣品對Fe_3O_4 納米顆粒進行探測。結果發(fā)現(xiàn),樣品的GMI效應對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,樣品最大GMI值的下降最為明顯,最大GMI值的變化可達到1.8%。同時,在2 MHz下,隨著Fe_3O_4 濃度的增大,非晶帶樣品最大GMI值的下降會有所減弱。這一研究表明GMI效應可以廣泛地用于弱磁場信號的探測。
【關鍵詞】：磁性傳感器 巨磁阻抗效應 非晶薄帶 磁場靈敏度 Fe3O4納米顆粒的探測
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 巨磁阻抗效應的簡介15-20
• 1.2.1 什么是巨磁阻抗效應15-16
• 1.2.2 巨磁阻抗效應的起源16-18
• 1.2.3 巨磁阻抗效應的發(fā)展歷程18-20
• 1.3 非晶薄帶的GMI效應研究20-26
• 1.3.1 非晶薄帶的結構20-21
• 1.3.2 非晶薄帶的成分構成21-22
• 1.3.3 應力處理22-23
• 1.3.4 熱退火23-25
• 1.3.5 三明治結構25-26
• 1.4 GMI效應的應用及發(fā)展前景26-29
• 1.4.1 地磁場的探測26
• 1.4.2 目標探測26-27
• 1.4.3 應力的檢測27-28
• 1.4.5 生物傳感技術28-29
• 1.5 本論文的工作內容29-31
• 參考文獻31-37
• 第二章 基礎知識及理論介紹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)合金材料的磁疇結構38-39
• 2.2 GMI效應中的基本理論39-42
• 2.3 GMI效應中的單峰和雙峰特征42
• 2.4 影響GMI效應的因素42-46
• 2.4.1 交流信號43
• 2.4.2 外磁場43-44
• 2.4.3 偏置信號44
• 2.4.4 溫度44-46
• 參考文獻46-49
• 第三章 實驗儀器和材料的表征方法49-57
• 3.1 實驗儀器49-51
• 3.1.1 激光打標機49
• 3.1.2 電化學工作站49-50
• 3.1.3 快速升溫磁場熱處理爐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 振動樣品磁強計52-54
• 3.2.5 精密阻抗分析儀54-56
• 參考文獻56-57
• 第四章 鐵基非晶帶的巨磁阻抗效應研究57-73
• 4.1 直流電退火對非晶帶GMI的影響57-61
• 4.1.1 Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶帶的結構及其磁性57-58
• 4.1.2 直流電退火對非晶帶GMI效應的影響58-61
• 4.2 快速磁場熱處理對非晶帶GMI的影響61-63
• 4.2.1 熱處理溫度對非晶帶GMI效應的影響61-62
• 4.2.2 磁場熱處理對非晶帶GMI效應的影響62-63
• 4.3 FeCo/非晶帶/FeCo三明治結構樣品的GMI效應研究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 樣品結構及磁性表征66-67
• 4.3.4 三明治結構樣品GMI效應的研究67-71
• 4.4 本章小結71-72
• 參考文獻72-73
• 第五章 鈷基非晶帶的巨磁阻抗效應研究73-96
• 5.1 應力拉伸對Co基非晶帶GMI效應的影響73-76
• 5.1.1 Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)非晶帶的結構及其磁性73-74
• 5.1.2 拉應力對Co_(65)Ni_2Fe_4Si_(15)B_(14)非晶帶GMI效應的影響74-76
• 5.2 Co基非晶帶尺寸對GMI效應的影響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GMI效應的影響77-82
• 5.3 Co基非晶帶結構對GMI效應的影響82-88
• 5.3.1 夾角 2θ 對樣品的GMI效應的影響82-85
• 5.3.2 條帶寬度d對樣品GMI效應的影響85-87
• 5.3.3 對稱性對樣品GMI效應的影響87-88
• 5.4 激光刻蝕對Co基非晶帶GMI效應的調控88-94
• 5.4.1 樣品的制備與表征88-91
• 5.4.2 表面刻蝕方向對非晶帶GMI效應的影響91-94
• 5.5 本章小結94-95
• 參考文獻95-96
• 第六章 Co基非晶帶對磁性顆粒的探測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效應的磁性顆粒探測97-99
• 6.2.1 Fe_3O_4 納米顆粒的檢測原理及過程97
• 6.2.2 不同F(xiàn)e_3O_4 納米顆粒濃度的檢測結果97-99
• 6.3 本章小結99-100
• 參考文獻100-101
• 第七章 總結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構和形貌表征104-105
• 2.2 FePt納米纖維的結構和形貌表征105-107
• 2.3 FePt納米纖維的磁性表征107-108
• 3. 一維FePt納米纖維的形成機制108
• 參考文獻108-110
• 在學期間的研究成果110-111
• 致謝111

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本文編號：414439