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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

赵洪英  
【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:①Co_(85.7)P_(14.3)-Cu、Co_(88.5)P_(11.5)-Cu、Co_(89.4)P_(10.6)-Cu与Fe_(40)Ni_(60)-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Co_(89.8)P_(10.2)-Cu、Fe_(12)Ni_(88)-Cu、Fe_(15)Ni_(85)-Cu与Fe_(17)Ni_(83)-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)。


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