低頻脈沖磁場致Fe基非晶納米晶化的巨磁阻抗效應.pdf

1、巨磁阻抗（簡稱GMI）效應器件，因在室溫、低外磁場下具有大的、高靈敏度交流阻抗改變等特點，使其在傳感技術領域中具有巨大的應用前景。非晶納米晶材料在較低交變驅動電流頻率下可獲得顯著巨磁阻抗效應，因而倍受關注。
　　本論文采用低頻脈沖磁場處理工藝，制備了Fe78Si9B13、Co68.15Fe4.35Si12.5B15和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶納米晶雙相合金。采用穆斯堡爾譜(M(o)ssbauer)、透射電子顯微鏡

2、(TEM)和X射線衍射儀(XRD)等手段對低頻脈沖磁場處理前后樣品Fe78Si9B13的微結構進行分析;利用自制巨磁阻抗測量儀測量低頻脈沖磁場處理前后Fe78Si9B13、Co68.15Fe4.35Si12.5B15和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9樣品的巨磁阻抗，分析探索低頻脈沖磁場處理參數(shù)、直流外磁場及交變驅動電流頻率對非晶合金樣品巨磁阻抗效應的影響規(guī)律;利用交變梯度磁強計測量低頻脈沖磁場處理前后Fe73.5Cu1Nb3Si

3、13.5B9非晶納米晶樣品的磁滯回線和磁化曲線，并由此計算樣品的矯頑力Hc、飽和磁化強度Ms和起始磁導率μi;采用改進的楊氏模量儀對低頻脈沖磁場處理前后Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶納米晶樣品的飽和磁致伸縮系數(shù)λs進行測量，研究低頻脈沖磁場處理工藝對樣品軟磁性的優(yōu)化;以相變熱力學和相變動力學理論為基礎，探討了低頻脈沖磁場致非晶合金納米晶化的機理;在經典電磁理論框架下，解釋材料巨磁阻抗效應的產生機制，并利用微分算子消元法求解

4、Maxwell微分方程組，得到非晶納米晶薄帶橫向磁導率通式。論文主要結論歸納如下:
　　低頻脈沖磁場處理可致非晶Fe78Si9B13合金發(fā)生低溫初始納米晶化，處理過程樣品溫升△T＜7℃，作用時間不超過5分鐘。低頻脈沖磁場制備非晶納米晶方法，克服了傳統(tǒng)等溫退火處理和電脈沖處理等方法存在的工藝周期長、處理過程樣品溫升大的弊端，提出了一種低溫下非晶合金納米晶化的新工藝。
　　低頻脈沖磁場處理Fe78Si9B13非晶合金，在合金內產

5、生的磁致伸縮效應，為非晶合金相轉變提供了激活動力，降低了形核勢壘，最終在非晶Fe78Si9B13基體上析出8nm左右的α-Fe(Si)晶粒。析出納米晶的晶化相體積分數(shù)與脈沖磁場處理參數(shù)有關，當脈沖磁場強度Hp為250Oe，脈沖頻率f為30Hz，脈沖作用時間t為4min參數(shù)下，樣品晶化相體積分數(shù)最大。
　　非晶納米晶樣品的矯頑力總體較其制備態(tài)非晶合金樣品有所降低，飽和磁化強度Ms有提高趨勢，非晶納米晶樣品的飽和磁致伸縮系數(shù)λs低于制

6、備態(tài)非晶合金，這表明低頻脈沖磁場處理優(yōu)化了非晶合金的綜合軟磁性能。
　　低頻脈沖磁場處理后Co68.15Fe4.35Si12.5B15非晶納米晶樣品的磁阻抗發(fā)生明顯變化，脈沖磁場參數(shù)不同，制備所得樣品的GMI效應大小不同。實驗表明，在脈沖強度Hp為350kAm-1、脈沖頻率f為25Hz、脈沖作用時間t為4分鐘條件下制備的Co68.15Fe4.35Si12.5B15非晶納米晶樣品GMI效應最為顯著，GMI效應值高達263.5％。低頻

7、脈沖磁場處理給出了一種全新的、獲得較高GMI效應的材料處理工藝。
　　低頻脈沖磁場處理致非晶合金納米晶化時，在樣品內產生感生各向異性。感生各向異性提高了樣品的GMI效應及其靈敏度。實驗顯示，當直流外磁場Hex等于樣品內橫向磁各向異性場Hk時，非晶納米晶樣品的GMI出現(xiàn)峰值。
　　GMI效應與樣品的元素組分有關，Co68.15Fe4.35Si12.5B15樣品的GMI效應及其靈敏度大于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，

8、而其GMI的效應特征頻率ωm卻低于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9; GMI效應存在尺寸效應，在磁脈沖參數(shù)相同條件下，相同材料厚度不同、寬度不同，樣品的GMI效應不同，厚度大、寬度窄的樣品GMI效應較大。
　　GMI效應是交變驅動電流頻率ω的函數(shù)，非晶納米晶樣品存在一特征頻率ωm，當交變驅動電流頻率ω=ωm時，樣品的GMI效應出現(xiàn)峰值。樣品的特征頻率與非晶納米晶的制備歷史有關，非晶納米晶樣品的特征頻率ωm總體低于制備態(tài)非晶