本文關(guān)鍵詞：復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的磁性及機理研究

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【摘要】：巨磁阻抗效應(yīng)(GMI)具有靈敏度高、快速響應(yīng)等特點,受到廣泛關(guān)注,可以用于磁性目標(biāo)檢測、無損探傷、弱磁場測量等等。Fe基、Co基、Ni-Fe等軟磁合金的GMI效應(yīng)相繼被研究,復(fù)合結(jié)構(gòu)材料隨即被發(fā)現(xiàn)具有更好的GMI效應(yīng)和更低的特征頻率,含絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的GMI效應(yīng)則進一步增強。復(fù)合結(jié)構(gòu)材料常見的制備方法有磁控濺射、電鍍/化學(xué)鍍等,制備好的樣品經(jīng)電流退火、磁場退火等使材料的GMI效應(yīng)進一步優(yōu)化。本文率先提出在材料制備過程中,對基底材料同時施加誘導(dǎo)電流的方法,分別采用電流化學(xué)鍍、磁控濺射法制備出具有高磁場靈敏度的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲。同時,假定復(fù)合結(jié)構(gòu)絲中磁性層具有螺旋向的磁疇結(jié)構(gòu),通過對Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程和Maxwell方程組的求解,研究了帶絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)絲等的巨磁阻抗效應(yīng)。本文研究的主要內(nèi)容有：1.通過對傳統(tǒng)化學(xué)鍍方法的探究發(fā)現(xiàn),當(dāng)鍍液中NaH2PO2H2O為0.30 ml/L,鍍液pH值為8.4時,制備時間為1小時,制得的樣品具有環(huán)向的磁疇結(jié)構(gòu)和較好的阻抗比。在以上述制備條件的基礎(chǔ)上,同時在制備過程中對基底銅鈹絲施加0～250 mA的誘導(dǎo)電流。誘導(dǎo)電流產(chǎn)生的環(huán)向場能促進鍍層上環(huán)向磁疇結(jié)構(gòu)的生長,誘導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁流體動力學(xué)效應(yīng)使鍍液中的離子源源不斷地補充到鍍層表面上,從而增強了化學(xué)反應(yīng)速率。結(jié)果表明,誘導(dǎo)電流的變化同時改變了復(fù)合結(jié)構(gòu)絲中的等效各向異性場大小和磁疇結(jié)構(gòu)的方向,誘導(dǎo)電流為150 mA時,制得的樣品具有最佳的軟磁性能及GMI效應(yīng)。2.采用磁控濺射法,使用自制支架為銅絲施加0-150 mA的直流電流,制備了厚度為520 nm的Ni80Fe20/Cu一系列復(fù)合結(jié)構(gòu)絲。誘導(dǎo)電流產(chǎn)生的熱量既能提高表面原子活性,促進薄膜生長,又能通過影響材料的自發(fā)磁化,降低磁晶各向異性等效場；誘導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場能促進環(huán)向磁疇結(jié)構(gòu)的生長。結(jié)果表明,隨著誘導(dǎo)電流的增加,樣品的磁晶各向異性等效場逐漸降低,磁疇結(jié)構(gòu)由環(huán)向逐漸轉(zhuǎn)變到縱向,在誘導(dǎo)電流為100mA時,具有最佳的GMI效應(yīng)3.采用磁控濺射法,固定誘導(dǎo)電流大小為100 mA,制備不同鐵磁層厚度的樣品。誘導(dǎo)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場具有誘導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)生長的作用,但隨著鐵磁層厚度增加而作用減弱；累積的熱效應(yīng)改變了材料的自發(fā)磁化,降低了磁晶各向異性等效場。當(dāng)鐵磁層厚度為780nm時,樣品具有良好的軟磁性能,巨磁阻抗效應(yīng)達(dá)到最強。4.通過求解LLG方程和Maxwell方程組,研究了等效各向異性場大小、磁疇結(jié)構(gòu)方向、鐵磁層厚度、銅絲半徑等對復(fù)合結(jié)構(gòu)絲中的GMI效應(yīng)的影響。5.使用磁控濺射法制備不同絕緣層(Si02)厚度的Ni80Fe20/SiO2/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲,當(dāng)絕緣層厚度為5.25 μm時,樣品具有最佳的GMI效應(yīng)。以不同驅(qū)動電流大小,測試復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng),當(dāng)驅(qū)動電流大小為20 mA時,測得的GMI效應(yīng)最佳。6.采用傳統(tǒng)的模型對含絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)進行研究,研究了絕緣層厚度對復(fù)合結(jié)構(gòu)絲GMI效應(yīng)的影響,與實驗結(jié)果有出入。改進模型中,考慮上材料的磁結(jié)構(gòu),確認(rèn)了實驗的結(jié)果,由此可以推斷,絕緣層厚度的改變,影響了外層鐵磁層的生長,從而造成GMI效應(yīng)增強。7.采用數(shù)值解法,研究了在交流驅(qū)動下磁矩的進動。結(jié)果表明,在較大的驅(qū)動電流時,磁矩的進動較為復(fù)雜,表現(xiàn)出高次的諧波形式,意味著傳統(tǒng)的電磁場模型僅適用于小電流的條件。要考慮驅(qū)動電流或絕緣層厚度等因素對GMI效應(yīng)的影響時,需要考慮數(shù)值求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合結(jié)構(gòu)絲 巨磁阻抗 誘導(dǎo)電流 機理研究
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-35
• 1.1 引言12-21
• 1.1.1 GMI效應(yīng)簡介及其應(yīng)用12-14
• 1.1.2 GMI與材料磁導(dǎo)率14-15
• 1.1.3 均質(zhì)材料GMI效應(yīng)的經(jīng)典理論15-17
• 1.1.4 近似解或數(shù)值解法17-18
• 1.1.5 GMI效應(yīng)的應(yīng)用18-21
• 1.2 GMI效應(yīng)的研究現(xiàn)狀21-27
• 1.3 巨磁阻抗材料的退火優(yōu)化27-29
• 1.4 本文的研究目的與內(nèi)容29-31
• 參考文獻(xiàn)31-35
• 第二章 實驗技術(shù)和測試原理35-45
• 2.1 引言35
• 2.2 樣品制備方法35-37
• 2.2.1 電流化學(xué)鍍35-36
• 2.2.2 磁控濺射36-37
• 2.3 NiCoP/CuBe復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的制備37-38
• 2.4 Ni_(80)Fe_(20)/Cu和Ni_(80)Fe_(20)/SiO_2/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的制備38-40
• 2.4.1 靶材與基片預(yù)處理39
• 2.4.2 濺射的條件39-40
• 2.5 復(fù)合結(jié)構(gòu)絲性能表征和測試原理40-44
• 2.5.1 掃描電子顯微鏡40-41
• 2.5.2 振動樣品磁強計41-42
• 2.5.3 阻抗分析儀42-44
• 參考文獻(xiàn)44-45
• 第三章 磁場誘導(dǎo)制備復(fù)合結(jié)構(gòu)絲及其GMI效應(yīng)研究45-66
• 3.1 電流化學(xué)鍍法制備NiCoP/CuBe復(fù)合結(jié)構(gòu)絲45-52
• 3.1.1 不同鍍液pH值時樣品的阻抗比45-46
• 3.1.2 電流化學(xué)鍍制備NiCoP/CuBe復(fù)合結(jié)構(gòu)絲46
• 3.1.3 復(fù)合結(jié)構(gòu)絲(NiCoP/CuBe)的表面形貌照片46-48
• 3.1.4 電流化學(xué)鍍的鍍速48-49
• 3.1.5 電流化學(xué)鍍方法中施鍍電流對GMI效應(yīng)的影響49-52
• 3.1.6 電流化學(xué)鍍樣品的磁滯回線52
• 3.2 磁控濺射法制備Ni_(80)Fe_(20)/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲52-62
• 3.2.1 引言52-53
• 3.2.2 不同誘導(dǎo)電流的Ni_(80)Fe_(20)/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的表面形貌53
• 3.2.3 不同誘導(dǎo)電流的Ni_(80)Fe_(20)/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)53-57
• 3.2.4 不同誘導(dǎo)電流的Ni_(80)Fe_(20)/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的磁滯回線57-58
• 3.2.5 不同鐵磁層厚度的Ni_(80)Fe_(20)/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的表面形貌58-59
• 3.2.6 不同鐵磁層厚度的Ni_(80)Fe_(20)/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)59-61
• 3.2.7 不同鐵磁層厚度的Ni_(80)Fe_(20)/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的磁滯回線61-62
• 3.3 本章小結(jié)62-64
• 參考文獻(xiàn)64-66
• 第四章 含絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)及理論模型66-97
• 4.1 含絕緣層的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)66-68
• 4.2 復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的計算模型68-73
• 4.2.1 計算模型68-69
• 4.2.2 靜態(tài)磁化69-70
• 4.2.3 線性體系下的磁導(dǎo)率70-71
• 4.2.4 復(fù)合結(jié)構(gòu)絲中的Maxwell方程組71-73
• 4.3 不同鐵磁層厚度Ni_(80)Fe_(20)/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)73-80
• 4.3.1 復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)73-74
• 4.3.2 磁晶各向異性等效場方向?qū)MI的影響74-77
• 4.3.3 不同鐵磁層厚度對復(fù)合結(jié)構(gòu)絲GMI效應(yīng)的影響77-79
• 4.3.4 不同銅絲半徑對復(fù)合結(jié)構(gòu)絲GMI效應(yīng)的影響79-80
• 4.4 含絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)80-87
• 4.4.1 絕緣層(SiO_2層)內(nèi)的電磁場分布80-81
• 4.4.2 含絕緣層NiFe/SiO_2/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的理論模型81
• 4.4.3 不同測試頻率對復(fù)合結(jié)構(gòu)絲內(nèi)電流分布的影響81-82
• 4.4.4 不同鐵磁層厚度對復(fù)合結(jié)構(gòu)絲GMI效應(yīng)的影響82-84
• 4.4.5 不同絕緣層厚度對復(fù)合結(jié)構(gòu)絲GMI效應(yīng)的影響84-87
• 4.5 驅(qū)動電流對GMI效應(yīng)的影響87-93
• 4.5.1 不同驅(qū)動電流時的GMI效應(yīng)87
• 4.5.2 驅(qū)動電流對磁矩進動的影響87-91
• 4.5.3 驅(qū)動電流對材料磁化率、阻抗的影響91-92
• 4.5.4 考慮交流驅(qū)動的GMI模型92-93
• 4.6 本章小結(jié)93-95
• 參考文獻(xiàn)95-97
• 第五章 總結(jié)與展望97-100
• 5.1 主要結(jié)論97-99
• 5.2 展望99-100
• 致謝100-101
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果101

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本文編號：961668