專利名稱：一種提高材料巨磁阻抗效應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可提高材料的巨磁阻抗效應(yīng)的方法，確切講本發(fā)明涉及提高其表面附著有軟磁薄膜的金屬絲復(fù)合材料的巨磁阻抗效應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，巨磁阻抗效應(yīng)引起了廣泛的關(guān)注，這種效應(yīng)可用于新型的磁場(chǎng)傳感器。具體來(lái)說(shuō)，巨磁阻抗效應(yīng)是當(dāng)對(duì)材料施加交流電流，可以發(fā)現(xiàn)外加磁場(chǎng)可導(dǎo)致材料的電阻抗的巨大變化。磁敏性器件要求材料具有好的阻抗變化率和高的磁場(chǎng)靈敏度，所以現(xiàn)在很多研究集中在提高材料的巨磁阻抗效應(yīng)。目前，實(shí)際使用中常用的具有GMI效應(yīng)的材料主要是通過(guò)熱淬急冷的工藝制備的非晶帶、非晶絲，或者采用濺射方法制備的軟磁薄膜，對(duì)于軟磁薄膜來(lái)說(shuō)，常見的結(jié)構(gòu)有單層軟磁膜結(jié)構(gòu)，軟磁膜/導(dǎo)電層/軟磁膜結(jié)構(gòu)，軟磁膜/絕緣層/導(dǎo)電層/絕緣層/軟磁膜結(jié)構(gòu)，對(duì)于這三種結(jié)構(gòu)，帶絕緣層結(jié)構(gòu)相對(duì)具有較強(qiáng)的巨磁阻抗變化率，但需要的交流頻率較高。復(fù)合結(jié)構(gòu)絲結(jié)構(gòu)的研制克服了這種缺陷，復(fù)合結(jié)構(gòu)絲是一種用化學(xué)鍍或電鍍的方法在金屬絲(一般是銅絲)表面沉積一層磁性層，這種結(jié)構(gòu)類似于多層膜結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行直接焊接，一般復(fù)合結(jié)構(gòu)絲相對(duì)于其他巨磁阻抗材料，有共同的優(yōu)點(diǎn)，制備簡(jiǎn)單，便于集成，有具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，具有較低的頻率和較高的阻抗變化率。復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的低頻特性及其阻抗變化率有待進(jìn)一步的改善。很多文獻(xiàn)報(bào)道了關(guān)于于提高材料的巨磁阻抗變化率的方法，例如，退火和離子輻照，H.Song 和 D.G..Park 在 Thin Solid Films 519 (2011) 8274 - 8276 上發(fā)表了
“Structural and magnetic studies on the enhancement of the giantmagnetoimpedance by ion irradiation”文章中提及用離子福照的方法提高Co基非晶帶巨磁阻抗變化率，此文認(rèn)為大能量粒子的級(jí)聯(lián)的碰撞，產(chǎn)生了橫向各向異性。J.S.Liu等(J.S.Liu，F(xiàn).Y.Cao，D.ff.Xing，L.Y.Zhang，F(xiàn).X.Qin，H.X.Peng，X.Xue , J.F.Sun)在 Journal of Alloys and Compounds 541 (2012) 215 - 221 上發(fā)表了 “Enhancing GMI properties of melt-extracted Co-based amorphous wires bytwin-zone Joule annealing”文章中提及用退火的方法可以提高Co基非晶絲的巨磁阻抗變化率，退火可以改變材料內(nèi)部的結(jié)晶性，電流還可以感生橫向的各向異性。上面所說(shuō)的兩種方法都可以很好的提高材料的巨磁阻抗變化率，但是實(shí)施起來(lái)比較困難，甚至需要比較昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高其表面附著有軟磁薄膜的導(dǎo)電金屬構(gòu)成的復(fù)合材料的巨磁阻抗效應(yīng)的方法。本發(fā)明的提高材料巨磁阻抗效應(yīng)的方法，特別是其表面附著有軟磁薄膜的金屬絲材料，是在金屬絲上施加拉應(yīng)力。本發(fā)明的方法非常簡(jiǎn)單，但卻可以顯著提高絲狀復(fù)合材料的巨阻抗特性，且隨著所施加的拉應(yīng)力的增加，復(fù)合結(jié)構(gòu)的低頻特性更加明顯，巨磁阻抗率的改變率愈大。實(shí)驗(yàn)表明，只有對(duì)受度材料施加很少的拉應(yīng)力，即可有阻抗的改變，特別是在拉應(yīng)力載荷卸除后，材料仍能保持因拉應(yīng)力而產(chǎn)生的巨磁阻抗率改變效應(yīng)。測(cè)試結(jié)果顯示:未施加拉力的阻抗變化率一般是10-30，當(dāng)拉力是146.5Mpa，阻抗變化率達(dá)到了 13000，這個(gè)結(jié)果是目前所有研究中最大的。隨著拉力的增加，阻抗變化率是呈先增加后減小的趨勢(shì)。這種方法不但可以提高材料的巨磁阻抗效應(yīng)，用到磁場(chǎng)傳感器上，還可以用到應(yīng)力傳感器上。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明。在以下實(shí)施例中，受試材料為含有金屬鎳成分的白銅絲，再在金屬絲上用電鍍的方法鍍上一層軟磁薄膜形成復(fù)合材料，清洗處理完成之后，對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)絲兩端施加不同大小的機(jī)械應(yīng)力。復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的材料是在白銅絲通過(guò)電鍍的方法沉積FeNi磁性層，沉積時(shí)間100s-2000 S，形成的復(fù)合層材料的組成是Fe1(l(l_xNix，其中x的取值為80-100，根據(jù)掃描電鏡的結(jié)果FeNi磁性層的厚度為10納米-10微米。沉積好形成復(fù)合結(jié)構(gòu)后再施加拉力。具體作法如下:
(I)對(duì)金屬絲進(jìn)行鍍前處理，白銅絲放進(jìn)在NaOH稀溶液除油，清洗后放在酒精超聲清洗 10 min。(2)用電沉積的方法制備FeNi，沉積電位-1.2 V，沉積時(shí)間800 s 硫酸亞鐵FeSO4.7H20的濃度為0.01 - 0.05 M/L
NiSO4.7H20 的濃度為 0.1- 0.2 M/L硼酸的濃度為0.3 M/L糖精的濃度為2 g/L 甘氨酸的濃度為I g/L壞血氧酸的濃度為5 g/L
電鍍?nèi)芤褐械腘i+2和Fe+2分別是0.01-0.05 M/L和0.1-0.2 M/L，沉積時(shí)間800 S。如果得到其內(nèi)部為導(dǎo)電的白銅外部附著有Fe1(l(l_xNi x軟磁薄膜的復(fù)合材料。

(3)對(duì)沉積好的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲通過(guò)拉力計(jì)施加拉力，固定復(fù)合結(jié)構(gòu)絲一端，對(duì)另一端施加機(jī)械拉力。實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)對(duì)前述的復(fù)合材料施加拉應(yīng)力后，材料的巨磁阻抗發(fā)生很大的變化。以下為相關(guān)的實(shí)施例。對(duì)比例
將FeS04*7H20，NiSO4.7Η20,硼酸，糖精，甘氨酸，抗壞血氧酸溶于40 0C -60 0C的去離子水中攪拌均勻，濃度分別是FeSO4WH2O的濃度0.01 M/L，NiSO4.7Η20的濃度為0.01M/L,硼酸的濃度為0.3 M/L,糖精的濃度為2 g/L，甘氨酸的濃度為I g/L，壞血氧酸的濃度為5 g/L。電鍍時(shí)，采用三電極體系，陽(yáng)極是鉬電極，陰極是外徑為155微米的白銅絲，電鍍時(shí)間為800s。從而得到Ni8tlFe2t/白銅絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中磁性層的厚度為5微米。未施加拉力時(shí)，直流磁場(chǎng)為80奧斯特，交流頻率為IOKHz時(shí)，測(cè)得的復(fù)合材料的巨磁阻抗變化率為35%。實(shí)施例1 將FeS04*7H20，NiSO4.7Η20,硼酸，糖精，甘氨酸，抗壞血氧酸溶于40 0C -60 0C的去離子水中攪拌均勻，濃度分別是FeSO4WH2O的濃度0.01 M/L，NiSO4.7Η20的濃度為0.01M/L,硼酸的濃度為0.3 M/L,糖精的濃度為2 g/L，甘氨酸的濃度為I g/L，壞血氧酸的濃度為5 g/L。電鍍時(shí)，采用三電極體系，陽(yáng)極是鉬電極，陰極是外徑為155微米的白銅絲，電鍍時(shí)間為800s。從而得到Ni8tlFe2t/白銅絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中磁性層的厚度為5微米。對(duì)制得的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲施加拉力，單位面積受力10-80為MPa，卸除拉應(yīng)力載荷，進(jìn)行巨磁阻抗變化率測(cè)定，在直流磁場(chǎng)為80奧斯特，交流頻率為30KHz時(shí)，測(cè)得的復(fù)合材料的巨磁阻抗變化率為 100-1000%ο實(shí)施例2
將FeS04*7H20，NiSO4.7Η20,硼酸，糖精，甘氨酸，抗壞血氧酸溶于40 0C -60 0C的去離子水中攪拌均勻，濃度分別是FeSO4WH2O的濃度0.01 M/L，NiSO4.7Η20的濃度為0.01M/L,硼酸的濃度為0.3 M/L,糖精的濃度為2 g/L，甘氨酸的濃度為I g/L，壞血氧酸的濃度為5 g/L。電鍍時(shí)，采用三電極體系，陽(yáng)極是鉬電極，陰極是外徑為155微米的白銅絲，電鍍時(shí)間為800s。從而得到Ni8tlFe2t/白銅絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中磁性層的厚度為5微米。對(duì)制得的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲施加拉力100-130 MPa，卸除拉應(yīng)力載荷，進(jìn)行巨磁阻抗變化率測(cè)定，直流磁場(chǎng)為80奧斯特，交流頻率為IOKHz時(shí)，測(cè)得的復(fù)合材料的巨磁阻抗變化率為5000-9700%。實(shí)施例3
將FeS04*7H20，NiSO4.7H20,硼酸，糖精，甘氨酸，抗壞血氧酸溶于40 0C -60 0C的去離子水中攪拌均勻，濃度分別是FeSO4.7H20的濃度0.01 M/L，NiSO4.7H20的濃度為
0.01 M/L,硼酸的濃度為0.3 M/L,糖精的濃度為2 g/L，甘氨酸的濃度為I g/L，壞血氧酸的濃度為5 g/L。電鍍時(shí)，采用三電極體系，陽(yáng)極是鉬電極，陰極是外徑為155微米的白銅絲，電鍍時(shí)間為800s。從而得到Ni8tlFe2tl/白銅絲復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中磁性層的厚度為5微米。對(duì)制得的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲施加拉力140-170 MPa，卸除拉應(yīng)力載荷，進(jìn)行巨磁阻抗變化率測(cè)定，在直流磁場(chǎng)為80奧斯特，交流頻率為4KHz時(shí)，測(cè)得的復(fù)合材料的巨磁阻抗為變化率為10000-13000%。
權(quán)利要求
1.一種提高其表面附著有軟磁薄膜的金屬絲材料的巨磁阻抗效應(yīng)的方法，其特征是在在材料上施加拉應(yīng)力。
2.權(quán)利要求1所述的提高材料巨磁阻抗效應(yīng)的方法，其特征是所述的材料為其表面附著有Fe1(l(l_xNix的軟磁薄膜，其內(nèi)部為含有金屬鎳成分的白銅絲。
全文摘要
本發(fā)明公開一種提高由其表面附著有軟磁薄膜的導(dǎo)電金屬構(gòu)成的復(fù)合材料的巨磁阻抗效應(yīng)的方法。本發(fā)明的方法是在在金屬絲上施加拉應(yīng)力。本發(fā)明的方法非常簡(jiǎn)單，但卻可以顯著提高絲狀復(fù)合材料的巨阻抗特性，且隨著所施加的拉應(yīng)力的增加，復(fù)合結(jié)構(gòu)的低頻特性更加明顯，巨磁阻抗率的改變率愈大。實(shí)驗(yàn)表明，只有對(duì)受度材料施加很少的拉應(yīng)力，即可有阻抗的改變，特別是在拉應(yīng)力載荷卸除后，材料仍能保持因拉應(yīng)力而產(chǎn)生的巨磁阻抗率改變效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L43/10GK103107282SQ20131004533
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者王建波, 羅彩勤, 張毅, 劉青芳 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)