玻璃包覆非晶微丝gmi效应的影响因素及电磁性能研究

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1、博士学位论文玻璃包覆非晶微丝GMI效应的影响因素及电磁性能研究INFLUENCINGFACTORSOFGIANTMAGNETO-IMPEDANCEEFFECTANDELECTROMAGNETICPROPERTIESOFGLASS-COVEREDAMORPHOUSMICROWIRES王晓冬哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TG139+.8学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学博士学位论文玻璃包覆非晶微丝GMI效应的影响因素及电磁性能研究博士研究生：王晓冬导师：孙剑飞教授副导师邢大伟研究员申请学位：工学博士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：20

2、15年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG139+.8U.D.C:621DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringINFLUENCINGFACTORSOFGIANTMAGNETO-IMPEDANCEEFFECTANDELECTROMAGNETICPROPERTIESOFGLASS-COVEREDAMORPHOUSMICROWIRESCandidate：WangXiaodongSupervisor：Prof.SunJianfeiAssociateSupervisor:Prof.XingDaweiAcademicD

3、egreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：Dec,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要巨磁阻抗（GMI）效应是指在一定强度与频率的交变电流激励下，磁敏材料的交流阻抗随外磁场改变而显著变化的现象。作为一种软磁功能材料，玻璃包覆非晶微丝由于具有灵敏度高、响应快等优点而在

4、磁敏传感器方面体现重要的应用价值，同时由于其高电阻率、高磁导率，在微波频段内具有较好的电磁匹配特性，且具有表面化学惰性和应力状态可调性，因此可作为微波吸收剂而在复合式新型吸波材料领域有重要的应用前景。本文以玻璃包覆非晶微丝作为研究对象，研究其GMI效应和电磁性能，具体包括微丝GMI效应的尺寸特性、温度特性、调制处理以及短微丝-石蜡复合材料的电磁参数调控与吸波性能等。研究了不同尺寸的制备态Co基非晶丝在各种测量参数下的GMI效应，结果表明，激励电流对磁化过程和GMI效应的影响与频率密切相关。在较低频下，激励电流升高使直流磁场作用下的环向磁化效果降低，同时使得GMI效应减弱。频率升高至兆赫兹级别

5、后，趋肤效应明显增强，并对磁化过程产生显著影响，使得激励电流变化对GMI的影响减弱。对于特定频率，存在一个使GMI效应最优的最佳激励电流Ip，随着交流频率的升高，Ip增加。微丝长度对GMI的影响主要源于端部效应和直流电阻的变化；直径对GMI效应的影响主要源于冷却速度的不同导致的结构有序度和内应力分布的差异。微丝的优化几何参数为L=20mm，Φ=30μm，此时，微丝各频率下均具有最优的GMI效应。计算了对玻璃包覆非晶微丝的玻璃-金属间的界面应力，结果表明，该应力与微丝的径芯比η密切相关，且随η的增加而增加。定量分析了去除玻璃层后GMI效应的增益程度与η的关系：当η由2.39上升至3.53时，微

6、丝在10MHz下去除玻璃层后GMI的增益量由7.23%上升至28.24%，这说明，η的升高使得界面应力增大，与计算结果一致。分析了三种不同状态微丝的GMI温度特性。结果表明，温度对GMI效应的影响规律与驱动电流频率、直流外磁场以及微丝状态有关。升温过程中，在各频率下，制备态原丝与去除玻璃层裸丝的GMI效应均单调下降；退火态微丝则随频率不同表现为或升高后降低、或单调升高的规律。制备态原丝的GMI温度稳定性要优于玻璃层去除态和直流退火态，各状态样品的GMI温度稳定性均随激励频率和磁场强度的增加而提高。GMI的温度特性与温度加载方式有关，降温过程中的GMI效应并不沿升温过程的轨迹返回，而呈现先降低

7、后上升的趋势，降至室温后GMI峰值较初始室温略有降低；以两次循环的方式升温时，第二个温度循环的GMI温度稳定性大幅度提高。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文优化了基于电流退火的两种GMI调制处理方法，脉冲退火优化参数组合为电流Ipulse=140mA、退火时间tpulse=480s、脉冲频率fpulse=50Hz，可获得最大GMI比率为223%，最大磁场响应灵敏度316%/Oe。脉冲电流瞬时激发的环向磁场要