Co基非晶纳米晶巨磁阻抗效应研究

admin · 发表于 2023-9-26 21:15:31

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巨磁阻抗(GMI)效应是指铁磁材料的交流阻抗在外加直流磁场的作用下发生显著变化的现象。这种效应具有灵敏度高、响应速度快等优点，在高灵敏度磁传感器和磁记录器件中有着潜在的应用价值。近年来，为获得更高的GMI效应和磁敏感度，对该类材料的研究已从单一结构的丝材、薄带和薄膜转向复合结构，其晶体结构也从单一的非晶态转向非晶纳米晶复相合金结构，该类材料的巨磁阻抗效应和磁场灵敏度得以显著增强。然而，对材料的层次结构和晶态结构的可控制备技术依旧制约着该类材料GMI效应的进一步提高。本文首先研究了不同退火条件下钴基非晶合金微观相结构的变化与其磁性能和电性能的相关性，进而研究合金的微观相结构、磁性能和电性能与GMI效应的相关性，揭示具有最佳GMI效应的钴基合金材料的最佳微观相结构。然后将钴基非晶薄带通过球磨的方法制成非晶粉末，通过热等静压挤压技术压实成非晶圆柱状试样，对其晶相结构、组成和磁、电性能进行了研究。接着利用多靶磁控溅射技术和自主开发的微米丝材三维旋转技术制备多层皮芯结构复合丝，并以GMI效应的物理本质为依据，优化设计其各层的材料组成和微观相结构，充分发挥复合结构丝各层材料和结构的功能。这些研究对制备更高GMI效应复合丝的层次结构、微观相结构和组成设计提供理论指导。本论文研究了不同制备条件下，非晶薄带、非晶粉末以及复合结构丝的结构和性能的相关性。结果表明，对富钴非晶合金进行适当磁场退火可以形成超精细的非晶纳米晶复相合金，可大幅提高其软磁性能和导电性，显著提高材料的GMI效应。在450°磁场退火时，非晶薄带中形成了尺寸约3.5±0.5 nm、间距为0.4±0.2 nm的纳米晶均匀弥散在非晶态基体中，此时的薄带具有最优异的软磁性能和导电性，在10～15 MHz和最大磁场40Oe下，可获得高达520%/Oe的磁阻抗比率和2.5%/mT的磁阻抗灵敏度其。球磨后的非晶粉末的比饱和磁化强度为39.3emu/g，矫顽力为2.7Oe，软磁性能有所降低。通过多靶磁控溅射技术制备的多层复合结构丝在电流频率为20MHz，磁场从0到100奥斯特变化条件下，复合结构丝的阻抗值随介电层和铁磁层厚度的增加，其阻抗值呈直线增加。

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