軟磁材料的交流阻抗和微波特性.pdf

1、本論文研究了金屬軟磁納米晶材料FeCuNbVSiB以及鈣鈦礦錳氧化物溶膠-凝膠La0.7Ba03MnO3中的巨磁阻抗效應，同時研究了鈣鈦礦錳氧化物La0.85K0.15MnO3與碳納米管混合物材料的吸波效應。
　　隨著世界科技的發(fā)展，金屬軟磁材料在世界工業(yè)化和信息化進程中的基礎作用越來越重要，對金屬軟磁材料的開發(fā)利用也逐步深入和廣泛。FeCuNbSiB納米晶由于具有優(yōu)異的軟磁性能受到人們的高度關(guān)注。1992年日本學者Mohri在非

2、晶絲FeCoSiB上首先發(fā)現(xiàn)了巨磁阻抗效應(GMI):在高頻下，發(fā)現(xiàn)材料交流電阻以及電抗都隨直流磁場敏感變化。隨后在FeCuNbSiB、FeZrCuB、FeZrB，F(xiàn)eNbB等納米晶材料以及薄膜材料上也觀察到了巨磁阻抗效應。張延中等人較早提出適量的V替代Nb形成的FeCuNbVSiB納米晶，也可以取得優(yōu)異的軟磁性能。考慮到V比Nb便宜，因此FeCuNbVSiB納米晶軟磁材料具有重要意義。本論文研究目標之一是探索FeCuNbVSiB納米晶

3、軟磁材料中的巨磁阻抗效應。
　　本論文對Fe73.5Cu1Nb2V1Si13.5B9和Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9薄帶的結(jié)構(gòu)、磁性以及巨磁阻抗GMI效應隨溫度的退火的變化規(guī)律，做了詳細的研究，并得到如下結(jié)論:
　　(1)Fe73.5Cu1Nb2V1Si13.5B9和Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9非晶薄帶經(jīng)晶化退火處理，隨退火溫度增加，析出納米晶bccα-Fe相，當超過550℃，薄帶析出硬磁性的F

4、e2B相。
　　(2) Fe73.5Cu1Nb2V1Si13.5B9和Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9納米晶薄帶在退火溫度為550℃，GMI效應值最高，即存在一個最佳退火溫度。隨著退火溫度的增加，納米晶bccα-Fe相析出量增多，GMI效應因此提高。而當退火溫度超過550℃，具有較高磁各向異性的Fe2B相的析出，降低了GMI。
　　(3)對于550度退火30分鐘Fe73.5Cu1Nb2V1Si13.5B9納米晶薄

5、帶，在所加最大磁場Hmax=90 Oe下，其50 kHz下△X/X(90 Oe)可達到-340％，700kHz時△Z/Z(90 Oe)有最大值-73％。2MHz下，△R/R(90 Oe)為-90％。
　　(4)對于550度退火30分鐘的Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9納米晶薄帶，在50 kHz下，△X/X(90Oe)可達到-500％，f=700kHz下，GMI效應值有最大值，△Z/Z(90 Oe)約為-121％。3MH

6、z下，△R/R(90Oe)約為-150％。
　　(5)對于阻抗而言，在低頻下電阻其主導作用，由于趨附效應隨頻率的增加而增強，電感以及電阻部分隨頻率都增加。交流磁電阻在低頻下對GMI效應起主導作用，而磁電抗則在高頻下對巨磁電阻效應起主導作用。
　　(6)我們還測量比較了不同退火溫度下的有效電感，發(fā)現(xiàn)電感在550度退火存在最大值。由于材料電感正比于材料有效磁導率的實部u'，這說明材料有效磁導率u'在550度退火存在最大值，這與5

7、50度退火存在最大的GMI是互相支持對應的。巨磁阻抗效應主要源于高頻下磁導率隨磁場的變化，這種變化改變了趨附深度，從而引起了阻抗的變化。
　　我們測量了材料有效電感隨橫向磁場的變化，發(fā)現(xiàn)其材料有效電感變化率基本上隨頻率而下降，這說明巨磁阻抗不僅依賴于材料的磁導率的變化，而且依賴于趨膚效應，是兩者的綜合函數(shù)。
　　(7)可以發(fā)現(xiàn)Fe73.5Cu1Nb2V1 Si13.5B9和Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9納米晶薄

8、帶巨磁電阻效應值不僅與外場有關(guān)，而且也與驅(qū)動電流頻率有關(guān)，在低頻下，阻抗值隨磁場單調(diào)下降，這主要是由于疇壁隨磁場的移動。而在高頻下，隨磁場的增加，阻抗值先上升，然后出現(xiàn)一個正的峰值后又下降為負值。其峰值現(xiàn)象主要是由于橫向磁各向異性場存在的結(jié)果。發(fā)現(xiàn)Fe73.5Cu1Nb2V1Si13.5B9和Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9納米晶薄帶的負的GMI存在一個最佳的工作頻率，并非頻率越高GMI效應值也越大。
　　鈣鈦礦錳氧化

9、物材料由于直流龐磁電阻(CMR)效應收到人們的高度關(guān)注。然而鈣鈦礦錳氧化物材料的CMR效應也存在一些缺點，主要是其大的磁電阻主要存在于居里溫度附近或金屬-絕緣體相變溫度附近，而在室溫附近磁電阻并不算大。另外CMR效應通常還需要很大的磁場才能實現(xiàn)。2000年人們首先在La0.67Ba0.33MnO3燒結(jié)錳氧化物材料上室溫兆赫茲下觀察到了巨磁阻抗(GMI)效應，其磁響應遠靈敏于直流磁電阻效應，這為鈣鈦礦錳氧化物材料開辟了另一個研究領域。由于

10、導電機制以及磁性來源的不同，錳氧化物材料中的巨磁阻抗效應與金屬納米晶軟磁有所不同，需要進一步研究。本論文用溶膠，凝膠法制備了La0.7Ba03MnO3納米晶材料，研究了La0.7Ba0.3MnO3的室溫和低溫巨磁電阻效應。得到如下結(jié)果:
　　(1)用溶膠-凝膠制備La0.7Ba0.3MnO3樣品具有典型的鈣鈦礦菱方相（R3c空間群），樣品的居里溫度為350K，高于室溫。
　　(2)樣品在室溫下的本征性質(zhì)為金屬鐵磁性，阻抗隨頻

11、率的增強而增大，表現(xiàn)出明顯的趨膚效應特征。施加500 Oe的外加磁場下的磁電阻值△R/R0在f=3 MHz處有最大值，為-59％;磁電抗效應值△X/X0在f=100 kHz處有的最大值，為-61.4％;巨磁阻抗值△Z/Z0的最大值為-46.5％，出現(xiàn)在f=1 MHz處。而直流下，H=8000 Oe下△R/R0僅為-10.7％。增加了錳氧化物的實用價值。
　　(3)室溫下，直到頻率為20 MHz，我們都沒有發(fā)現(xiàn)阻抗與磁場存在峰值的現(xiàn)

12、象，這說明錳氧化物La0.7Ba0.3MnO3中橫向磁各向異性很小，幾乎難以觀察到。
　　(4)低溫下，隨溫度上升，不加磁場下，交流電阻與電感均增大，而H=500 Oe時，電感隨溫度增大卻有所下降。
　　(5)低溫下低頻下，隨溫度上升，交流磁電阻△R/R0先下降，經(jīng)過一個最小值，然后上升，而高頻下，△R/R0均隨溫度上升而增強。而磁電感△X/X0基本上隨溫度上升而上升。但隨頻率的增加，△X/X0下降。
　　吸波效應主要