玻璃包覆非晶微絲GMI效應(yīng)的影響因素及電磁性能研究.pdf

1、巨磁阻抗（GMI）效應(yīng)是指在一定強(qiáng)度與頻率的交變電流激勵(lì)下，磁敏材料的交流阻抗隨外磁場(chǎng)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(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)而在磁敏傳感器方面體現(xiàn)重要的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)由于其高電阻率、高磁導(dǎo)率，在微波頻段內(nèi)具有較好的電磁匹配特性，且具有表面化學(xué)惰性和應(yīng)力狀態(tài)可調(diào)性，因此可作為微波吸收劑而在復(fù)合式新型吸波材料領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。本文以玻璃包覆非晶微絲作為研究對(duì)象，研究其GMI效應(yīng)和電磁性

2、能，具體包括微絲GMI效應(yīng)的尺寸特性、溫度特性、調(diào)制處理以及短微絲-石蠟復(fù)合材料的電磁參數(shù)調(diào)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(cè)量參數(shù)下的GMI效應(yīng)，結(jié)果表明，激勵(lì)電流對(duì)磁化過程和GMI效應(yīng)的影響與頻率密切相關(guān)。在較低頻下，激勵(lì)電流升高使直流磁場(chǎng)作用下的環(huán)向磁化效果降低，同時(shí)使得 GMI效應(yīng)減弱。頻率升高至兆赫茲級(jí)別后，趨膚效應(yīng)明顯增強(qiáng)，并對(duì)磁化過程產(chǎn)生顯著影響，使得激勵(lì)電流變化對(duì) GMI的影響減弱。對(duì)

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

4、。定量分析了去除玻璃層后GMI效應(yīng)的增益程度與η的關(guān)系：當(dāng)η由2.39上升至3.53時(shí)，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(yīng)力增大，與計(jì)算結(jié)果一致。
　　分析了三種不同狀態(tài)微絲的GMI溫度特性。結(jié)果表明，溫度對(duì) GMI效應(yīng)的影響規(guī)律與驅(qū)動(dòng)電流頻率、直流外磁場(chǎng)以及微絲狀態(tài)有關(guān)。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(yīng)均單調(diào)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(diào)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(lì)頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而提高。GMI的溫度特性與溫度加載方式有關(guān)，降溫過程中的GMI效應(yīng)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(shì)，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(shí)，第二個(gè)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(diào)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(shí)間tpulse=480s、脈沖頻率fpulse=50Hz，可獲得最大GMI比率為223%，最大磁場(chǎng)響應(yīng)靈敏度316%/Oe。脈沖電流瞬時(shí)激發(fā)的環(huán)向磁場(chǎng)要高于直流，可促進(jìn)微絲內(nèi)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(yīng)。低溫介質(zhì)退火最佳參數(shù)為電流I=280mA、時(shí)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(qiáng)環(huán)向磁化效果，調(diào)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(yīng)。在此基礎(chǔ)上施加后續(xù)直流退火處理，可消除由大溫差所感生的應(yīng)力，調(diào)節(jié)磁疇結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步提高GMI效應(yīng)。
　　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(fù)合樣品的電磁參數(shù)及吸波性能。結(jié)果表明，在填充比為9wt.%時(shí)，Co基復(fù)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(shí)，復(fù)合樣

8、品具有較寬的吸波帶，對(duì)應(yīng)頻域?yàn)?0~16GHz；涂層厚度為3.2mm和3.5mm時(shí)，其最高吸波峰值分別可達(dá)-38.91dB和-36.34dB。在填充比為7wt.%時(shí)，F(xiàn)e基復(fù)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(nèi)，復(fù)合樣品具有較寬的吸波帶，對(duì)應(yīng)頻域?yàn)?2~18GHz；涂層厚度為3.0mm和3.5mm時(shí)，其最高吸波峰值分別可達(dá)-35.94dB和-39.54dB。
　　研究了非晶微絲后直流退火處理的相關(guān)性能

9、。以電磁波阻抗匹配原則進(jìn)行退火參數(shù)優(yōu)化后，可在抑制電導(dǎo)率增加的同時(shí)，使磁導(dǎo)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(fù)合樣品的吸波特性。與制備態(tài) Co基短微絲-石蠟復(fù)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?qū)捇椅ǚ迕娣e增加。涂層厚度為2.5mm時(shí)，復(fù)合樣品的吸波曲線峰值為-17.2dB，對(duì)應(yīng)頻率為14.6GHz，-10dB以上吸波帶寬可達(dá)7.2GHz；涂層厚度為3.5mm與4mm時(shí)