论文题目: 电化学合成同轴电缆结构复合丝及其巨磁阻抗效应的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 应用化学
作者: 赵洪英
导师: 姚素薇
关键词: 巨磁阻抗,复合丝,铁镍合金,钴磷合金,电沉积
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文在导电性良好的铜丝表面镀覆软磁材料,成功地合成出具有显著巨磁阻抗效应（Giant Magnetic Impedance effect,简称GMI）的CoP-Cu复合丝和FeNi-Cu复合丝。钴磷（CoP）为非晶合金,铁镍（FeNi）为坡莫合金。研究了电沉积条件对CoP软磁及FeNi坡莫软磁镀层的合金组成及磁性能的影响,测试了CoP-Cu、FeNi-Cu两组复合丝的巨磁阻抗效应随铁磁外壳层成分的变化曲线,比较了巨磁阻抗效应与外壳磁性层磁性能之间的关系,铁磁外壳层磁性越软,巨磁阻抗效应越显著。CoP磁性外壳层中P的质量百分比含量为11.5%时,复合丝GMI值高达441%,磁场灵敏度最高可达0.2%/（A/m）（约16.5%/Oe）。研究了复合丝巨磁阻抗效应的磁场响应特性,复合丝巨磁阻抗效应随磁场的响应出现以下两种情况:①Co85.7P14.3-Cu、Co88.5P11.5-Cu、Co89.4P10.6-Cu与Fe40Ni60-Cu复合丝的巨磁阻抗效应随磁场的增加先缓慢增加,当达到最高点后又逐渐下降,直至饱和;②另一类复合丝如Co89.8P10.2-Cu、Fe12Ni88-Cu、Fe15Ni85-Cu与Fe17Ni83-Cu的巨磁阻抗效应则随磁场的增加而单调递减,直至饱和。研究了复合丝巨磁阻抗效应的频谱特性,由于同轴电缆式的特殊结构,复合丝巨磁阻抗效应具有较低的特征频率及较宽的频率适用范围,讨论了驱动交流电幅值及添加直流偏置对复合丝巨磁阻抗效应的影响。研究了复合丝磁性外壳层厚度、铜丝直径对巨磁阻抗效应的影响,发现GMI效应随磁性外壳厚度的增大及铜丝直径的增大而增大,特征频率向低频端移动。利用Maxwell方程及LLG动力学方程推导出单轴各向异性复合丝的阻抗表达式,建立了复合丝巨磁阻抗效应的理论模型。经计算,复合丝的巨磁阻抗效应随外加直流磁场及驱动频率的变化,均与实验结果（曲线）相吻合,证实了数学模型及理论计算的正确性。计算了复合丝和单质丝的巨磁阻抗效应,计算结果说明,由于采用了同轴电缆结构,复合丝较单质丝的巨磁阻抗效应得到很大的增强,且这种增强效应存在最佳频率范围,超出这一范围增强效应减弱。计算了复合丝内芯（导电丝）导电率对巨磁阻抗效应的影响,复合丝巨磁阻抗效应随磁场的变化规律不受导电丝导电率的影响,但导电率越高,获得的巨磁阻抗效应越强。首次从理论上对直径一定的复合丝进行了优化,得到了不同驱动频率下最佳的内芯半径与铁磁层厚度之比值,驱动频率越高此比值越大（铁磁层越薄）。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 磁学基础知识
1.2.1 物质的磁性
1.2.2 磁性材料的分类
1.2.3 磁性各向异性
1.2.4 磁畴结构
1.3 巨磁阻抗效应
1.3.1 巨磁阻抗效应的来源
1.3.2 巨磁阻抗效应研究进展
1.3.3 巨磁阻抗效应的计算模型
1.3.4 巨磁阻抗效应的应用研究
1.4 磁性材料的制备工艺
1.4.1 电镀合金的发展
1.4.2 电镀合金的性能和特点
1.4.3 电沉积基本原理
1.4.4 金属离子共沉积的条件
1.4.5 影响合金电镀的各种因素
1.5 论文的主要研究内容及意义
第二章 实验方法
2.1 电沉积实验
2.1.1 复合丝电沉积装置示意图及复合丝扫描电镜照片
2.1.2 电镀工艺流程
2.2 镀层的形貌观察及组成分析
2.3 镀层结构的测定
2.4 电流效率的测定
2.5 镀层厚度的测定
2.6 镀层基本磁性能的测量
2.7 复合丝巨磁阻抗效应的测量
第三章 CoP 软磁镀层的电化学制备及其磁性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 电沉积工艺
3.2.2 电极反应
3.3 结果与讨论
3.3.1 电沉积条件对CoP合金镀层组成及电流效率的影响
3.3.1.1 阴极电流密度的影响
3.3.1.2 镀液pH 值的影响
3.3.1.3 镀液温度的影响
3.3.2 不同P 含量对基本磁性能的影响
3.4 小结
第四章 FeNi坡莫软磁镀层的电化学制备及其磁性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 电沉积工艺
4.2.2 电极反应
4.3 结果与讨论
4.3.1 电沉积条件对FeNi 合金镀层组成及电流效率的影响
4.3.1.1 阴极电流密度的影响
4.3.1.2 镀液pH 值的影响
4.3.1.3 镀液温度的影响
4.3.2 不同Fe 含量对FeNi 镀层基本磁性能的影响
4.4 脉冲电流法制备FeNi 磁性镀层的研究
4.4.1 脉冲电沉积工艺
4.4.2 阴极脉冲电流密度对FeNi 磁性合金镀层Fe 含量的影响
4.4.3 脉冲电沉积与直流电沉积FeNi 镀层基本磁性能的比较
4.5 小结
第五章 同轴电缆结构复合丝巨磁阻抗效应的实验研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 CoP-Cu 复合丝软磁外壳层中P 含量对巨磁阻抗效应的影响
5.2.2 FeNi-Cu 复合丝软磁外壳层中 Fe 含量对巨磁阻抗效应的影响
5.2.3 复合丝磁性外壳层基本磁特性与巨磁阻抗效应的关系
5.2.4 复合丝巨磁阻抗效应的磁场响应特性
5.2.4.1 CoP-Cu 复合丝巨磁阻抗效应的磁场响应特性
5.2.4.2 FeNi-Cu 复合丝巨磁阻抗效应的磁场响应特性
5.2.4.3 复合丝巨磁阻抗效应的磁场响应特性分析
5.2.5 复合丝巨磁阻抗效应的频谱特性
5.2.5.1 CoP-Cu 复合丝巨磁阻抗效应频谱曲线
5.2.5.2 FeNi-Cu复合丝巨磁阻抗效应频谱曲线
5.2.5.3 复合丝巨磁阻抗效应频谱特性分析
5.2.6 驱动交流电幅值对复合丝巨磁阻抗效应的影响
5.2.7 驱动交流电叠加直流偏置对巨磁阻抗效应的影响
5.2.8 复合丝几何尺寸对巨磁阻抗效应的影响
5.2.8.1 复合丝磁性外壳层厚度对巨磁阻抗效应的影响
5.2.8.2 复合丝内芯铜丝直径对巨磁阻抗效应的影响
5.3 小结
第六章 同轴电缆结构复合丝巨磁阻抗效应的理论研究
6.1 引言
6.2 计算模型
6.2.1 复合丝磁导率张量的计算
6.2.2 复合丝阻抗的计算
6.3 计算结果与分析
6.3.1 复合丝巨磁阻抗效应
6.3.2 复合丝巨磁阻抗增强效应
6.3.3 非铁磁内芯导电率对复合丝巨磁阻抗效应的影响
6.3.4 复合丝非铁磁内芯半径与磁性外壳层厚度的优化
6.4 小结
第七章 全文总结
参考文献
攻读学位期间发表的论文
附录
致谢
发布时间: 2007-07-10
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