玻璃包覆非晶微丝GMI效应的影响因素及电磁性能研究

发布时间：2018-05-17 03:17

本文选题：玻璃包覆非晶微丝 + GMI效应　；参考：《哈尔滨工业大学》2015年博士论文

【摘要】：巨磁阻抗(GMI)效应是指在一定强度与频率的交变电流激励下,磁敏材料的交流阻抗随外磁场改变而显著变化的现象。作为一种软磁功能材料,玻璃包覆非晶微丝由于具有灵敏度高、响应快等优点而在磁敏传感器方面体现重要的应用价值,同时由于其高电阻率、高磁导率,在微波频段内具有较好的电磁匹配特性,且具有表面化学惰性和应力状态可调性,因此可作为微波吸收剂而在复合式新型吸波材料领域有重要的应用前景。本文以玻璃包覆非晶微丝作为研究对象,研究其GMI效应和电磁性能,具体包括微丝GMI效应的尺寸特性、温度特性、调制处理以及短微丝-石蜡复合材料的电磁参数调控与吸波性能等。研究了不同尺寸的制备态Co基非晶丝在各种测量参数下的GMI效应,结果表明,激励电流对磁化过程和GMI效应的影响与频率密切相关。在较低频下,激励电流升高使直流磁场作用下的环向磁化效果降低,同时使得GMI效应减弱。频率升高至兆赫兹级别后,趋肤效应明显增强,并对磁化过程产生显著影响,使得激励电流变化对GMI的影响减弱。对于特定频率,存在一个使GMI效应最优的最佳激励电流Ip,随着交流频率的升高,Ip增加。微丝长度对GMI的影响主要源于端部效应和直流电阻的变化;直径对GMI效应的影响主要源于冷却速度的不同导致的结构有序度和内应力分布的差异。微丝的优化几何参数为L=20mm,Φ=30μm,此时,微丝各频率下均具有最优的GMI效应。计算了对玻璃包覆非晶微丝的玻璃-金属间的界面应力,结果表明,该应力与微丝的径芯比η密切相关,且随η的增加而增加。定量分析了去除玻璃层后GMI效应的增益程度与η的关系:当η由2.39上升至3.53时,微丝在10MHz下去除玻璃层后GMI的增益量由7.23%上升至28.24%,这说明,η的升高使得界面应力增大,与计算结果一致。分析了三种不同状态微丝的GMI温度特性。结果表明,温度对GMI效应的影响规律与驱动电流频率、直流外磁场以及微丝状态有关。升温过程中,在各频率下,制备态原丝与去除玻璃层裸丝的GMI效应均单调下降;退火态微丝则随频率不同表现为或升高后降低、或单调升高的规律。制备态原丝的GMI温度稳定性要优于玻璃层去除态和直流退火态,各状态样品的GMI温度稳定性均随激励频率和磁场强度的增加而提高。GMI的温度特性与温度加载方式有关,降温过程中的GMI效应并不沿升温过程的轨迹返回,而呈现先降低后上升的趋势,降至室温后GMI峰值较初始室温略有降低;以两次循环的方式升温时,第二个温度循环的GMI温度稳定性大幅度提高。优化了基于电流退火的两种GMI调制处理方法,脉冲退火优化参数组合为电流Ipulse=140m A、退火时间tpulse=480s、脉冲频率fpulse=50Hz,可获得最大GMI比率为223%,最大磁场响应灵敏度316%/Oe。脉冲电流瞬时激发的环向磁场要高于直流,可促进微丝内部短程磁矩有序取向微区的形成,并提高其磁矩排列有序度,因此可获得优于直流退火的GMI效应。低温介质退火最佳参数为电流I=280m A、时间t=300s,可获得最大GMI比率429%,最高灵敏度577%/Oe。该方法可使用较大电流以增强环向磁化效果,调制处理后微丝表面层保持非晶态,芯部出现纳米晶,降低了直流电阻,因此可获得较高的GMI效应。在此基础上施加后续直流退火处理,可消除由大温差所感生的应力,调节磁畴结构并进一步提高GMI效应。研究了不同填充比下的Co基和Fe基玻璃包覆非晶短微丝-石蜡复合样品的电磁参数及吸波性能。结果表明,在填充比为9wt.%时,Co基复合样品具有最高的电磁耗损和最佳的吸波性能;在涂层厚度3~4mm时,复合样品具有较宽的吸波带,对应频域为10~16GHz;涂层厚度为3.2mm和3.5mm时,其最高吸波峰值分别可达-38.91d B和-36.34d B。在填充比为7wt.%时,Fe基复合样品具有最高的电磁耗损和最佳的吸波性能,涂层厚度2~4mm范围内,复合样品具有较宽的吸波带,对应频域为12~18GHz;涂层厚度为3.0mm和3.5mm时,其最高吸波峰值分别可达-35.94d B和-39.54d B。研究了非晶微丝后直流退火处理的相关性能。以电磁波阻抗匹配原则进行退火参数优化后,可在抑制电导率增加的同时,使磁导率升高而矫顽力降低,电磁参数间数值更为接近,阻抗匹配度提高,改善了复合样品的吸波特性。与制备态Co基短微丝-石蜡复合样品的吸波性能相比,虽然退火后样品的吸波峰值略有下降,但其吸波频域宽化且吸波峰面积增加。涂层厚度为2.5mm时,复合样品的吸波曲线峰值为-17.2d B,对应频率为14.6GHz,-10d B以上吸波带宽可达7.2GHz;涂层厚度为3.5mm与4mm时,复合样品的吸波曲线峰值分别为-19.8d B与-20.4d B,对应频率分别为10.48GHz与9.12GHz,-10d B以上吸波带宽相近,均为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 .
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM271.2;TB34

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