新型金属熔旋快淬薄带材料的交流磁响应

论文摘要

随着现代信息技术的发展,电子技术跟电子工业都取得了巨大的进步,磁传感器件与磁存储器件都朝着小尺寸、高灵敏度和响应快速的方向发展。1992年,日本学者K.Mohri等人首先发现:当CoFeSiB非晶丝通以交变电流时,丝两端感生的电压幅值随外加磁场的变化而发生非常灵敏的变化。在低频时,趋肤效应可以忽略,阻抗中的电阻分量受外磁场影响很小,交流电压的磁场关系主要来自电感分量,称为“巨磁电感效应”;而在趋肤效应明显的高频环境下,电阻分量和电感分量同时受外磁场和驱动电流频率的影响,称为巨磁阻抗效应（GMI效应）。最初,对GMI效应的研究较多的是具有零或负磁致伸缩系数的Co基软磁非晶丝,后来又逐步延伸到薄膜、薄带和Fe基软磁材料。由于其应用在磁传感器和磁头上具有响应快、无磁滞、高灵敏等优点,现在,软磁材料中的GMI效应已经成为磁电子学研究的热点。现在,FeZrB、FeZrBCu、FeNbSiB系列金属薄带的GMI效应已经进行了大量的研究,但FeNbB及FeNbBCu材料的巨磁阻抗效应还没有研究,并且对材料横向磁导率的变化率与巨磁阻抗效应关系的研究也非常少。因此为了制备具有更高巨磁阻抗效应的新材料,研究影响巨磁阻抗效应的因素,本论文对以下几个方面的内容进行了研究:1.用快淬甩带法制备了Fe84Nb7B9及微量搀杂Cu元素的Fe83Nb7B9Cu1非晶薄带,在520℃—820℃下进行真空退火处理,使材料析出α-Fe纳米晶粒,由X射线衍射图谱得到其晶粒大小在9nm—14nm左右;测量了退火薄带在不同外加磁场、驱动电流频率下的电阻、电感值,通过计算其阻抗值的变化,得到了纳米晶薄带的巨磁阻抗效应频谱及巨磁阻抗效应随外场的变化规律,研究了外加磁场、电流频率和退火温度对材料巨磁阻抗效应的影响。2.测量了两种纳米晶薄带在外场下的磁导率,研究了磁导率的变化率和巨磁阻抗效应变化的规律,说明了材料在磁场作用下的趋肤效应和横向微分磁导率的变化共同作用,使得磁阻抗GMI（Z）和磁电阻GMI（R）出现峰值,他们是产生巨磁阻抗效应的主要原因。3.通过研究退火温度对材料巨磁阻抗效应的影响,我们发现纳米晶薄带存在一个最佳退火温度,在此温度下退火可产生GMI（Z）的最大值。Fe84Nb7B9纳米晶薄带的最佳退火温度是670℃,其GMI（Z）的最大值为-48.22%;而Fe83Nb7B9Cu1纳米晶薄带的最佳退火温度为650℃,GMI（Z）的最大值为-54.8%。4.对比Fe84Nb7B9与Fe83Nb7B9Cu1纳米晶薄带的巨磁阻抗效应,可以发现Cu搀杂改善了材料的软磁性能,降低了最佳退火温度,提高了材料的巨磁阻抗效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 交流磁响应——GMI效应的理论解释
• 1.3 巨磁阻抗效应的研究进展
• 1.3.1 软磁非晶丝的GMI效应
• 1.3.2 薄带的GMI效应
• 1.3.3 薄膜的GMI效应
• 1.3.4 复合结构材料——多层膜中的GMI效应
• 1.4 巨磁阻抗效应的应用
• 1.4.1 非晶丝磁阻抗元（MI Element）
• 1.4.2 微磁传感器
• 1.4.3 高灵敏度磁敏传感器
• 1.4.4 其他微型传感器
• 1.5 本论文的工作
• 参考文献
• 第二章 样品的制备与测量
• 2.1 样品的制备
• 2.2 样品的测量方法
• 2.2.1 样品的结构分析
• 2.2.2 巨磁阻抗的测量
• 2.2.3 有效磁导率的测量
• 2.2.4 饱和磁化强度的测量
• 参考文献
• 84Nb₇B₉纳米晶快淬薄带的巨磁阻抗效应的研究'>第三章 Fe₈₄Nb₇B₉纳米晶快淬薄带的巨磁阻抗效应的研究
• 3.1 实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 结构分析
• 3.2.2 退火温度对GMI效应的影响
• 3.2.3 驱动频率对GMI效应的影响
• 3.2.4 磁场对GMI效应的影响
• 84Nb₇B₉退火薄带GMI效应的影响'>3.2.5 横向磁导率的变化率对Fe₈₄Nb₇B₉退火薄带GMI效应的影响
• 3.2.6 磁性测量
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 83Nb₇B₉Cu₁薄带的GMI效应'>第四章 Fe₈₃Nb₇B₉Cu₁薄带的GMI效应
• 4.1 实验
• 83Nb₇B₉Cu₁薄带的巨磁阻抗效应'>4.2 Fe₈₃Nb₇B₉Cu₁薄带的巨磁阻抗效应
• 4.2.1 物相结构分析
• 83Nb₇B₉Cu₁薄带GMI效应的影响'>4.2.2 频率对Fe₈₃Nb₇B₉Cu₁薄带GMI效应的影响
• 83Nb₇B₉Cu₁样品薄带的巨磁阻抗效应的影响'>4.2.3 磁场对Fe₈₃Nb₇B₉Cu₁样品薄带的巨磁阻抗效应的影响
• 83Nb₇B₉Cu₁薄带巨磁阻抗效应的影响'>4.2.4 退火温度对Fe₈₃Nb₇B₉Cu₁薄带巨磁阻抗效应的影响
• 4.3 磁性测量
• 4.4 退火温度、驱动频率对薄带横向磁导率变化率的影响
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢
• 在读期间已发表或接受的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表