第二章金属敏感材料ppt课件.ppt

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1、第二章金属敏感材料磁敏金属材料温敏金属材料形变金属材料超导敏感材料形状记忆材料本章小结金属敏感材料在物质中的电子自由度与化学、物理量的相互作用对金属而言，自由电子和自旋是敏感元件利用的中心。1.磁敏金属材料磁敏元件的物理响应与磁性特性的关系直接变化磁阻效应物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。磁阻效应可分为基于霍尔效应的普通磁阻效应和在强磁性体中出现的各向异性磁阻效应。基于磁阻效应的磁敏元件主要是半导体，但利用其各向异性磁阻效应，Fe-Ni合金和Co-Ni合金在低磁场下具有高的电阻变化率，使这类金属磁敏材料正迅速进入实用化阶段。基于霍

2、尔效应的普通磁阻效应概念：磁阻效应（MagnetoresistanceEffects）:是1857年由英国物理学家威廉•汤姆森发现的，是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。原理：同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。在达到稳态时，某—速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。这种偏转导致载流子的漂移路径增加。或者说，沿外加电场方向运动的载流子数减少，从而使电阻增加。这种现象称为磁阻效应。

3、分类：若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，载流子的有效质量的驰豫时时间与方向无关，则纵向磁感强度不引起载流子偏移，因而无纵向磁阻效应。历史它在金属里可以忽略，在半导体中则可能由小到中等。从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。1.磁敏金属材料在金属所具有的物性中，磁性是重要特性之一。虽然铁氧体等氧化物和氮化物具有磁性，但是磁性材料仍以金属为主。直接利用磁性的敏感元件只限于磁场敏感元件，但是如果

4、利用与有不同特性的磁性体的组合或磁性与其他特性的相互作用（磁效应），则可制成与广泛的物理响应相对应的敏感元件。1.磁敏金属材料1.1各向异性磁阻效应型元件的基本结构对于强磁性体金属（Fe、Co、Ni及其合金），当外磁场的方向平行于磁体内部的磁化方向时，电阻几乎不随外磁场而变化，但若外磁场偏离内磁场的方向，则电阻减小.√与常规磁阻效应有差异，机理未明。1.磁敏金属材料薄膜磁阻效应元件薄膜元件比体元件好。好在哪儿？是更敏感还是更好集成？就通常使用的Ni-20wt%Fe合金（坡莫合金）薄膜而言，膜厚为30～300nm，w和l因目的而异，但w为数十

5、微米，l从数十微米到几毫米。1.磁敏金属材料磁阻元件的简单敏感元件和输出波形这个示意图怎么理解？1.磁敏金属材料1.2各向异性磁阻效应材料显示各向异性磁阻效应的金属主要是以Fe、Ni、Co为主要成分的合金，而不含这些元素的强磁性合金的磁阻效应极小组分（wt%）组分（wt%）Ni-20FeNi-8FeNi-35CoNi-20Co4.05.45.86.5Ni-17PdFe-10VNi-5ZnNi-6Mn2.31.32.62.5主要合金块材的磁阻效应率(293K)组分对体材和薄膜Ni-Fe合金的磁阻响应率的影响1.磁敏金属材料薄膜的磁阻响应率比块

6、材低体材Ni-Fe合金:在10%Fe附近观察到的∆ρ/ρ最大值薄膜Ni-Fe合金:在20wt%Fe附近显示最大值。有何体会？为了增大薄膜∆ρ/ρ，可采用提高蒸发时的真空度、氢退火、氢离子注入等方法1.磁敏金属材料用心体会如何去搞科学研究？2.温敏金属材料温度传感器的物理量输出方式有从最简单的刻度输出到以反馈控制为目的的电信号输出，范围极广。根据使用目的的不同，对温敏元件的输入信号可采用各种物理量变换方式。利用机械量的敏感元件（如双金属元件）中，特点是精度低，但廉价、简便。而利用电阻温度依赖关系的温敏元件（热敏电阻）使用温度范围广，且精度高。

7、作为金属系温度敏感元件，使用最广且精度也高的是基于热电势的温敏元件。利用马氏体相变的形状记忆合金和规则—不规则相变中的电阻变化的熔断丝是利用相移的例子，且已实用化。利用磁性的温度依赖性的敏感元件中典型的是感温铁铁氧体，但金属系磁铁是磁补偿合金，使用实例较少。光磁敏感元件还在应用研究阶段。超导相移等的利用也在开发中。2.温敏金属材料2.1双金属概念：双金属是将热膨胀系数不同的两种金属片贴合而成的敏感元件。贴合方法：有热压法和冷压法。要求：用于双金属的金属材料要求热膨胀系数适当、耐热、耐腐蚀。分类：分低温用（200℃～150℃）、中温用（0℃

8、～250℃）、高温用（0℃～400℃）三类。形状：有平板形、U字形、圆环形、螺旋形等。用途：双金属温敏元件(也称为双金属温度计)主要用于温度控制及切断电路，且因为价廉而大量用于家