玻璃包覆非晶微絲GMI效應的影響因素及電磁性能研究.pdf

1、巨磁阻抗（GMI）效應是指在一定強度與頻率的交變電流激勵下，磁敏材料的交流阻抗隨外磁場改變而顯著變化的現(xiàn)象。作為一種軟磁功能材料，玻璃包覆非晶微絲由于具有靈敏度高、響應快等優(yōu)點而在磁敏傳感器方面體現(xiàn)重要的應用價值，同時由于其高電阻率、高磁導率，在微波頻段內具有較好的電磁匹配特性，且具有表面化學惰性和應力狀態(tài)可調性，因此可作為微波吸收劑而在復合式新型吸波材料領域有重要的應用前景。本文以玻璃包覆非晶微絲作為研究對象，研究其GMI效應和電磁性

2、能，具體包括微絲GMI效應的尺寸特性、溫度特性、調制處理以及短微絲-石蠟復合材料的電磁參數(shù)調控與吸波性能等。
　　研究了不同尺寸的制備態(tài)Co基非晶絲在各種測量參數(shù)下的GMI效應，結果表明，激勵電流對磁化過程和GMI效應的影響與頻率密切相關。在較低頻下，激勵電流升高使直流磁場作用下的環(huán)向磁化效果降低，同時使得 GMI效應減弱。頻率升高至兆赫茲級別后，趨膚效應明顯增強，并對磁化過程產(chǎn)生顯著影響，使得激勵電流變化對 GMI的影響減弱。對

3、于特定頻率，存在一個使 GMI效應最優(yōu)的最佳激勵電流 Ip，隨著交流頻率的升高，Ip增加。微絲長度對 GMI的影響主要源于端部效應和直流電阻的變化；直徑對GMI效應的影響主要源于冷卻速度的不同導致的結構有序度和內應力分布的差異。微絲的優(yōu)化幾何參數(shù)為L=20mm，Φ=30μm，此時，微絲各頻率下均具有最優(yōu)的GMI效應。
　　計算了對玻璃包覆非晶微絲的玻璃-金屬間的界面應力，結果表明，該應力與微絲的徑芯比η密切相關，且隨η的增加而增加

4、。定量分析了去除玻璃層后GMI效應的增益程度與η的關系：當η由2.39上升至3.53時，微絲在10MHz下去除玻璃層后GMI的增益量由7.23％上升至28.24%，這說明，η的升高使得界面應力增大，與計算結果一致。
　　分析了三種不同狀態(tài)微絲的GMI溫度特性。結果表明，溫度對 GMI效應的影響規(guī)律與驅動電流頻率、直流外磁場以及微絲狀態(tài)有關。升溫過程中，在各頻率下，制備態(tài)原絲與去除玻璃層裸絲的GMI效應均單調下降；退火態(tài)微絲則隨頻率

5、不同表現(xiàn)為或升高后降低、或單調升高的規(guī)律。制備態(tài)原絲的GMI溫度穩(wěn)定性要優(yōu)于玻璃層去除態(tài)和直流退火態(tài)，各狀態(tài)樣品的GMI溫度穩(wěn)定性均隨激勵頻率和磁場強度的增加而提高。GMI的溫度特性與溫度加載方式有關，降溫過程中的GMI效應并不沿升溫過程的軌跡返回，而呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢，降至室溫后GMI峰值較初始室溫略有降低；以兩次循環(huán)的方式升溫時，第二個溫度循環(huán)的GMI溫度穩(wěn)定性大幅度提高。
　　優(yōu)化了基于電流退火的兩種GMI調制處理方法，

6、脈沖退火優(yōu)化參數(shù)組合為電流Ipulse=140mA、退火時間tpulse=480s、脈沖頻率fpulse=50Hz，可獲得最大GMI比率為223%，最大磁場響應靈敏度316%/Oe。脈沖電流瞬時激發(fā)的環(huán)向磁場要高于直流，可促進微絲內部短程磁矩有序取向微區(qū)的形成，并提高其磁矩排列有序度，因此可獲得優(yōu)于直流退火的GMI效應。低溫介質退火最佳參數(shù)為電流I=280mA、時間t=300s，可獲得最大GMI比率429%，最高靈敏度577%/Oe。該

7、方法可使用較大電流以增強環(huán)向磁化效果，調制處理后微絲表面層保持非晶態(tài)，芯部出現(xiàn)納米晶，降低了直流電阻，因此可獲得較高的GMI效應。在此基礎上施加后續(xù)直流退火處理，可消除由大溫差所感生的應力，調節(jié)磁疇結構并進一步提高GMI效應。
　　研究了不同填充比下的Co基和Fe基玻璃包覆非晶短微絲-石蠟復合樣品的電磁參數(shù)及吸波性能。結果表明，在填充比為9wt.%時，Co基復合樣品具有最高的電磁耗損和最佳的吸波性能；在涂層厚度3~4mm時，復合樣

8、品具有較寬的吸波帶，對應頻域為10~16GHz；涂層厚度為3.2mm和3.5mm時，其最高吸波峰值分別可達-38.91dB和-36.34dB。在填充比為7wt.%時，F(xiàn)e基復合樣品具有最高的電磁耗損和最佳的吸波性能，涂層厚度2~4mm范圍內，復合樣品具有較寬的吸波帶，對應頻域為12~18GHz；涂層厚度為3.0mm和3.5mm時，其最高吸波峰值分別可達-35.94dB和-39.54dB。
　　研究了非晶微絲后直流退火處理的相關性能

9、。以電磁波阻抗匹配原則進行退火參數(shù)優(yōu)化后，可在抑制電導率增加的同時，使磁導率升高而矯頑力降低，電磁參數(shù)間數(shù)值更為接近，阻抗匹配度提高，改善了復合樣品的吸波特性。與制備態(tài) Co基短微絲-石蠟復合樣品的吸波性能相比，雖然退火后樣品的吸波峰值略有下降，但其吸波頻域寬化且吸波峰面積增加。涂層厚度為2.5mm時，復合樣品的吸波曲線峰值為-17.2dB，對應頻率為14.6GHz，-10dB以上吸波帶寬可達7.2GHz；涂層厚度為3.5mm與4mm時