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TbDyFe/Fe多层膜磁致伸缩及其与压电衬底的磁—电转换性能研究

李再轲  
【摘要】: 本文对用直流磁控溅射工艺制备的Fe薄膜、TbDyFe薄膜以及TbDyFe/Fe多层膜的磁性能进行了研究,着重分析了它们的磁致伸缩性能,并研究了由驰豫型铁电陶瓷PMN-PT为衬底,由磁致伸缩薄膜和Fe薄膜作电极构成的样品的磁—电转换效能。 利用SEM、XRD等对薄膜的结构和表面形貌进行分析。结果表明:制备态的纯Fe薄膜为α-Fe晶态结构,单一TbDyFe薄膜为非晶态,450℃以下真空退火20分钟对单一薄膜的结构没有明显影响;在制备态,TbDyFe/Fe多层膜的结构为单一Fe薄膜和单一TbDyFe薄膜的叠加,但对温度变化非常敏感,经250℃真空退火20分钟,多层膜即被氧化,随着退火温度的升高氧化加剧。 对薄膜的磁性能研究发现:单一TbDyFe薄膜的易磁化方向垂直于膜面,而TbDyFe/Fe多层膜与单一Fe薄膜的易磁化方向皆平行于膜面;Fe层薄膜的加入,使多层膜的饱和磁化强度升高,剩磁比增大,矫顽力和饱和磁场降低;随着退火温度的升高,多层膜的易磁化方向向垂直于膜面的方向移动,磁化机制由形核类模型向钉扎类模型转变。 对单一TbDyFe薄膜和TbDyFe/Fe多层膜的磁致伸缩性能对比发现:多层膜的饱和磁致伸缩性能高于单一薄膜的磁致伸缩性能,80KA/m以下的磁致伸缩性能提升更为明显。多层膜的磁致伸缩性能与Fe层的厚度有关。在铁磁交换距离以内,薄膜的磁致伸缩值随着Fe层厚度的降低而升高。低温退火有助于磁致伸缩性能的提高,退火温度超过450℃时,由于薄膜氧化严重,磁致伸缩性能下降。 对超磁致伸缩薄膜/压电陶瓷基片的磁-电转换性能的研究表明,输出电压与基片面积大小有关,在静磁场作用下,长片状基片面积越大,输出电压越大。输出电压还与磁致伸缩薄膜的磁致伸缩系数有关,磁致伸缩系数越大输出电压越大。


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