cop2finsulator2fbecu复合结构丝的制备及其巨磁阻抗效应研究

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1、第一章绪论1．1引言巨磁阻抗效应(giantmagneto·impedanceeffect，简称GMI)是指磁性材料的交流阻抗随外加直流磁场变化而发生显著变化的现象，科学家利用这一效应已经研制出了具有温度稳定性好、灵敏度高、低功耗、磁滞小、小型化等优点的磁敏开关和磁敏传感器，具有GMI的磁性材料已经在国际上成为各国科学家研究的热点之一，而且各国学者对GMI器件应用的深入研究将会成为一个新的研究热点。GMI由日本名古屋大学Mohri等人于1992年在磁性CoFeSiB非晶合金丝中发现，CoFeSiB非晶合金具有优良的软磁性能，实验中测量的磁化饱和强

2、度风为0．24T，矫顽力凰为50A／m，因此产生了明显的巨磁阻抗效应【¨。Panina和Sommera等人在深入研究(Co】哇Fe，)72．5Sil2．5815非晶丝、非晶薄膜以及C070．4Fe4．6Sil5BIo非晶条带产生巨磁阻抗效应的原理时，发现GMI与材料的磁畴结构有密切关系，材料具有一定的磁各向异性常数K和内部残余应力盯能形成有利于GMI产生的磁畴结构【241。在均质多元合金材料中，比如丝、条带、薄膜，软磁性主要由合金组分决定ISJ，磁各向异性主要由磁致伸缩系数名。决定，含有Fe、Co、Ni等磁性元素的合金，富含Fe元素时以>0、富含

3、Co或Ni元素时五

4、三明治薄膜或条带以及在高电导率的非铁磁性细丝外面包裹一层铁磁材料组成F／M／F结构的复合结构丝中观察到了更明显的GlVlI效应[26-30l，与同样材料组成的均质薄膜、均质条带和均质丝相比，异质材料(或称为复合结构材料)的GMI显著增强以及GMI频率降低，而且经研究发现，在复合结构材料的导电层与铁磁层之间加入绝缘层后GMI将进一步增强【31‘34】。此外，采用熔融拉丝工艺制备具有绝缘层包覆的玻璃包裹丝、在材料最外层溅射绝缘层、在材料最外层电镀金属层形成的特殊结构会使材料的性能保持稳定，或者改善材料的磁性能从而使GMI出现新的特性[35-371。另

5、外值得注意的是，采用共振原理可以提高GMI材料对9t-；bn磁场的响应灵敏度和GMI的频率选择特性，我们把共振情况下的GMI称为共振型巨磁阻抗效应，GMI共振原理一般分为铁磁共振、磁力共振和LC共振，近年来相关工作也有作比较深入的研刭3842】。因此，采用合适的工艺技术方法对GMI材料进行优化设计，使GMI材料的各项参数满足GMI器件的实际应用要求将成为GMI研究的重要内容。1．2巨磁阻抗效应1．2．1巨磁阻抗效应的研究背景早在1935年，俄罗斯的Harrison等人就发现了‘‘磁阻抗效应"，铁磁丝在外加轴向磁场的作用下，丝两端的感抗会发生变化，

6、当时把这种物理现象称为磁感应效应【431。但这种效应在一般的铁磁材料中并不显著，在以后的相当长时间并未引起人们足够的重视。直到1992年，Mohri在Co基非晶丝中观察到了巨磁电感效应(giantmagnet．inductivee毹ct)并进行了应用研列11，这一现象才受到人们的特别重视。研究发现，当直径为15．120mm的CoFeSiB非晶丝通以频率为．厂的电流k时，丝两端感生的电压eL随外加直流磁场％的变化而发生灵敏的变化，如图1-l(a)2第一章绪论所示，在H既--4kA／m，户10kHz时，eL的相对变化率高达90％，在户100kI-Iz

7、时为80％，图l(b)显示的是测量非晶丝两端感生电压的电路。●矿、一ta'll，l·30m^

8、mSmmfolded-o．f．,tOOId-tz‰1132mV●f-

9、Olfl-lzeLar：lgmVFbC翻曳B-●椰t№lWmI图1-1(a)CoFeSiB非晶丝的IPJ“P一随外磁场的变化曲线，(b)感应电压eL和磁通量南=啦L∞的测量电路1993年巴西的Machado等人采用交变电流通过厚度50lxm、长1．5cn'l、宽度1．1．5rtlln经横向磁场退火的C070．4Fe4．6Sil5Blo非晶条带，交变驱动电流频率为47Hz．1．7kHz，

10、当外加磁场为2．4Oe时发现条带两端的电阻随外磁场发生显著的变化，变化率远远大于零磁场退火的条带，如图1．2所示。Machado在进一步