磁彈性材料共振特性研究以及在液體粘度和重金屬離子檢測的應(yīng)用.pdf

1、磁彈性傳感器具有高靈敏度、低成本和非接觸測量等諸多優(yōu)勢而備受關(guān)注，因此在無損檢測、生物活體檢測、食品安全和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。本文主要通過實驗對磁彈性材料的共振特性進行研究，將磁彈性傳感器應(yīng)用于液體粘度測量和重金屬離子檢測，并研制了便攜式磁彈性傳感器共振頻率測量裝置。論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1)搭建了磁彈性材料共振頻率測量平臺，利用該平臺研究了三種磁彈性材料(METGLAS2826MB、1K107和107K)

2、的共振特性、共振模態(tài)、以及直流偏置磁場、交變激勵磁場、退火處理、材料長度和掃描點數(shù)等可變參數(shù)對磁彈性材料共振特性的影響。研究發(fā)現(xiàn):三種磁彈性材料都具有多個共振頻率。METGLAS2826MB在30kHz～280kHz范圍具有五個幅值較大的共振峰。低階（n=1～4）共振峰的共振頻率和半高寬度基本成線性分布，而高階（n=5）則出現(xiàn)非線性變化。直流偏置磁場的方向和大小影響METGLAS2826MB材料的共振模態(tài)。優(yōu)化交流偏置磁場可提高共振曲線

3、的平滑度，避免產(chǎn)生毛刺和分叉，從而提高共振頻率的準(zhǔn)確性。提高質(zhì)量負(fù)載的均勻度則可避免磁彈性傳感器的錯誤響應(yīng)。
　　2)研究了液體粘度對METGLAS2826MB材料的共振特性的影響，并將METGLAS2826MB材料用于人體血液粘度的測量。通過對比不同共振模態(tài)下METGLAS2826MB材料的共振頻率對液體粘度的響應(yīng)，高頻率的共振模態(tài)具有更高的靈敏度。
　　3)提出了一種基于Metglas2826MB材料的置換反應(yīng)快速檢測液

4、體中重金屬離子的方法。該方法利用低成本的磁彈性材料，無需任何表面功能化修飾，直接與待測重金屬離子溶液接觸。通過實驗發(fā)現(xiàn):METGLAS2826MB材料可以與硝酸鉛或者硫酸銅溶液發(fā)生反應(yīng)。材料表面鐵的含量隨著時間不斷減少，而鉛則不斷增加。被置換出來的鉛或銅均勻地附著在磁彈性材料表面。METGLAS2826MB材料的共振頻率偏移量隨著測試溶液濃度的增加而變大。對于濃度為5mg/ml～25mg/ml的硝酸鉛溶液，6mm×3mm×30μm的ME