文摘

我们现在的扭转应力诱导magnetoimpedance (MI)效应和表面域结构演化的磁致伸缩melt-extracted有限公司68.15菲4.35如果12.25B13.25注1铜1微丝。实验结果表明,该表面域结构观察到磁力显微镜(MFM)变换从疲软的环形域的铸态状态下螺旋域大扭转应变81.6 (2πrad / m)。畴壁运动在扭变形扭曲 (2πrad / m),形成一个螺旋各向异性的角度大约30°和轴向方向线。15岁兆赫,GMI的最大比例 (%)增加至194.4% (2πrad / m)从116.3%的铸的状态,然后减少至134.9% (2πrad / m)。扭力magnetoimpedance(剧情)比例 (%)是290%。基于这个大扭转应变和高MI比,可以作为导电带称为候选高性能传感器应用电影剧情。

1。介绍

铁磁接到被公认为拥有更有前途的磁传感材料,特别是对于巨型magnetoimpedance (GMI)效应,这吸引了相当大的兴趣不仅从基本理论的角度来看,也从其广泛的技术适用性1- - - - - -4]。众所周知,近零磁致伸缩线与软磁性高MI比率[1,5]。作为非晶态导电带制造的一种方法技术,不同于玻璃旋转,在旋转水淬火技术,melt-extraction技术包括以下:(i)最大的凝固和冷却速率,使电线拥有一个优良的软磁性能;(2)而没有玻璃覆盖melt-extracted电线是更适合电子包装和GMI传感器应用程序;(3)参数(即。,linear velocity of wheel, feed rate of the molten, etc.) of melt-extraction can be conveniently controlled to produce wires with uniform diameter and roundness [6,7]。在另一个角度来看,近零磁致伸缩无定形电线、较低的电阻率 、高磁导率 、高饱和磁化 和小铁磁共振(FR)在高频范围内,拥有杰出的GMI性能。基于这一原则,在CoFeSiB合金元素B代替Nb和铜电阻率较低的材料和少量的原子百分比为1%和1%,分别。

与此同时,在中频范围内(100 kHz ~ 20 MHz), GMI主要源自皮肤深度的变化由于强大的有效磁导率的变化导致畴壁运动和磁化旋转;也就是说,它可以用 (1,8]。的作用 产生螺旋各向异性变化。为了理解深深螺旋表面各向异性的作用域和GMI的性能接近于零磁致伸缩melt-extracted Co-based非晶微丝,微丝的实施扭转应变是必要的观察域结构由磁力显微镜(MFM)和修改域过渡MI和扭转magnetoimpedance事故传感器应用程序。

到目前为止,大部分作品之前报道Co-based扭转对心肌梗死的影响效应和Fe-based玻璃或在旋转水无定形电线(9- - - - - -13]。贝当古和Valenzuel发现 一个不对称的行为依赖于应用的方向扭转应变在旋转的水(有限公司94年菲6)72.5B15如果12.5电线(9]。加西亚等人研究了magnetoimpedance铁的反应在拉伸和扭转应力76年B13如果11玻璃非晶微丝和诱导一个螺旋磁各向异性,修改的磁畴结构和磁响应示例应用扭转应力(10]。波波夫等人提出的“强化核壳”模型vanishing-magnetostrictive玻璃Co-rich接到解决的物理起源低场磁滞和感生各向异性场的依赖性应用拉伸和/或扭转应力(11]。然而,只有少数人员采取扭曲的表面结构域(SDM)导电带探索的详细信息修改域和螺旋各向异性。

广为人知,但近零磁致伸缩的核壳磁性结构melt-extracted Co-based无定形电线由一个圆柱形核心领域导向轴向和周向磁化的外壳域,而交换能量倾斜向螺旋方向(14]。一般来说,GMI效应是非常敏感的磁结构和当地软磁材料的各向异性。另外它可以作为一个强大的工具来探索磁结构的重要信息和当地的各向异性。此外,域结构和各向异性场的磁性材料可以从分析样品的相应变化的GMI财产受到压力。GMI的改性反应是螺旋之间的竞争的结果应用扭转应力引入的各向异性和内部各向异性。因此,扭转应力被发现修改的磁化周期线(15),杨氏模量(16)和MI响应(11),等等。

进行这项工作的目的是研究静态表面磁畴结构,MI近零磁致伸缩效应melt-extracted Co-rich无定形导电带依赖应用极其巨大的扭转应变,获得大的MI值通过调节磁结构的软磁性微丝和地方各向异性可能探索扭转MI传感器。

2。实验

我们准备好的温柔磁性非晶微丝有限公司68.15菲4.35如果12.25B13.25注1铜1直径35μm×修改melt-extraction技术(6]。阻抗测量是在100 kHz ~ 15的中频范围使用安捷伦精密阻抗分析仪4294 MHz。先生、MX和MI比率定义如下,分别为:

每个导电带的总长度是58毫米一个扭转应变的应用 从0到102.0 (2πrad / m)一端固定,另一端在顺时针方向旋转。然后,我们选择的中心部分18毫米长导电带连接到电路和测量MI效果与直流轴向磁场驱动振幅20 mA通过使用一双亥姆霍兹线圈的应用。外部场的最大80 Oe。亥姆霍兹线圈保持垂直于地球磁场的方向。

扭力magnetoimpedance(剧情)比, ,或者是相对变化的最大magnetoimpedance扭力表示如下: 在哪里 (2πrad / m)和外部域 是0 Oe。

域的观察导电带是由一个毫微秒示波器三世多模原子力显微镜从数字仪器。micro-etched硅探测器尖端是收集相关信息通过使用开发和提升模式的结合。在提升模式下,磁性数据收集和显示。

3所示。结果与讨论

已经知道这两个电阻的变化 和电抗 根据 和外部的场 会改变阻抗 因此导致了GMI行为(1]。基于阻抗的表达式 圆柱磁导体, 与 用一阶贝塞尔函数来表示吗 , 和材料参数:皮肤深度 ,半径 ,直流电阻 的导体。皮肤深度 , ,在那里 导体的电阻率和吗 当前的频率, 是圆周渗透率。的阻力 和电抗 可以描述为: ; ,在那里 和 真空磁导率和平均相对圆周渗透率,分别为(1]。

图1显示了电阻零场频率的依赖关系 (一)、电抗 (b)和阻抗 (c)的微丝扭转应变从铸的102.0 (2πrad / m)。一个明显的单调增加阻力 (如图1(一)),感抗 (图1 (b)),阻抗 (图1 (c))是观察到100千赫~ 15 MHz的频率范围为皮肤的效果。和最大的 , , 值477.7Ω,297.1Ω,562.5Ω,分别为扭转应变增加到20.4 (2πrad / m)。继续增加扭转应变达到40.8 ~ 102.0 (2πrad / m)的所有值 , , 曲线下降。此外,曲线( , , 20.4(2)扭转压力πrad / m)有一个很小的差异曲线40.8 (2πrad / m)。也是一个类似的行为显示曲线之间的81.2 (2πrad / m)扭转应变102.0 (2πrad / m)扭转应变。在中频政权,集肤效应占主导地位,阻抗与频率的平方根成正比和圆周渗透率;也就是说, 。扭转应力的影响导电带将改善循环渗透 在某种程度上。因此,相应的值 , , 扭转接到所有频率的增加。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图1
频率的依赖关系(a)阻力,感抗(b)和(c)与不同的扭转应力阻抗的微丝。

图2揭示了磁场磁电阻的依赖 (图2(一个)),magnetoinductive电抗 (图2 (b)),magnetoimpedance (图2 (c))的比率 = 15应用扭转MHz 从0到102.0 (2πrad / m)。的行为是无法相比的 和 的曲线 (图2 (b))出现峰值的位置从0.4 Oe 0.7 Oe扭转应变20.4 (2πrad / m)到102.0 (2πrad / m)。这个扭转应力可以认为变化极大的渗透性。此外,这种反应的导电带归因于两个磁化过程:旋转旋转和固定域壁膨胀。如图2 (c)的曲线 也表现出增加的趋势 (2πrad / m),然后减少的 102.0 (2πrad / m)。放大图的峰值 插入的图2 (c)显示的比例 从铸的116.2%到194.4% (2πrad / m) = 15 MHz。这个增强的改进可以归因于释放残余应力和表面改性领域结构,如图3 (b)。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图2
磁场磁电阻的依赖( ),magnetoreactance ( )和magnetoimpedance ( )的比率 = 15 MHz选择性应用扭转。和放大的insets峰值的位置 (b)和的最大值 依赖到扭转应变(c)。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图3
面域结构转变和相应的原理图有限公司68.15菲4.35如果12.25B13.25注1铜1非晶态电线:(a)和不同价值观下的应用在顺时针方向扭转:(b) (2πrad / m), (c) (2πrad / m)和(d) (2πrad / m)。

GMI概要文件的行为是解决考虑定期循环域的域模型(17]。大 导致了高GMI比率和定义良好的环形域结构(18]。因此,我们可以改进圆周渗透率 和阻抗 通过调节表面域结构。

因此,表面形貌,通过MFM域结构,和无捻原理提出了块导电带,在扭转应变状态图3。面域结构的导电带铸的状态显示在图3(一个)。模糊圆周域配置展域平均宽度约为1.0μm。弱者和不均匀的环形域在整个表面由于导电带准备过程和疲软的圆形磁各向异性。残余应力甚至异构微观结构的导电带都不利于形成环形域。所以相应的比例 仅为116.2%。为了诱发螺旋各向异性,并进一步影响磁阻抗响应,每个导电带提交同质甚至扭转应力形成域结构。修改域结构越来越多的应用得到扭转3 (b),3 (c),3 (d)。为 (2πrad / m),导电带的表面形态出现失真的几十个纳米的表面粗糙度。此外,域结构清晰观察扭转应力应用于线在图的中间部分3 (b)。不同于弱者圆周域的铸态状态,表面域与扭转状态 (2πrad / m)形成锯齿形域,这是源自于螺旋各向异性。这个舞台上相对较大的GMI比率从增强了圆周各向异性产生的扭转应力循环的组成部分。此外,螺旋的圆周部分各向异性引起的扭转应力提高循环应用各向异性,这是有利于圆周渗透率 GMI比率,进一步改善。因此,平均域宽度增加到1.1μ米在 (2πrad / m)。在这种情况下,环形域变成锯齿形域扭转应变下的行为不同于积极的磁致伸缩的一致性偏差Fe-based电线(19]。应用扭转增加到61.2 (2πrad / m)在图3 (c),不均匀域变成更清晰域和光滑的畴壁平均宽度约0.9μm和倾角 大约67°。进一步应用扭应变81.6 (2πrad / m),获得均匀的螺旋形域与畴壁角 。基于极限扭转,GMI展品最多139.4% (2πrad / m)。GMI比率之间的细微差别 (2πrad / m)和 (2πrad / m)表面域在每种情况下非常相似。一刻,一个统一的螺旋域因此形成较小的畴壁角 ,性能表现齐次和较大的螺旋各向异性。此外,一个有趣的结果Co-based melt-extracted接到大扭转应变性能的 (2πrad / m)将作为理想的候选人的潜在材料高性能扭力传感器(电影剧情20.]。

总之,扭转应变 依赖的扭转阻抗剖面 和畴壁角 如图4。观察到, 比率减少与增加扭转应变 。最大的比率 是高达290%。结合域变换不同的扭转应变(图3畴壁运动),既非理想情况下对纵向均匀螺旋组件沿轴向方向。畴壁变形首先是垂直于轴向方向(图3 (b)),然后用一个小倾斜横向方向角(图3 (c)),形成一个螺旋磁各向异性使一个角度与纵向方向(图30°3 (d))。大扭应变是102.0 (2πrad / m)作为候选人扭转magnetoimpedance (TSI)应用程序。


图4
扭转应变 依赖最大MI的比率和畴壁角 。

4所示。总结

在结论中,我们系统地研究表面域转换和MI Co-based melt-extracted微丝在不同扭应变。首先,Co-based导电带了实现的巨大的扭转应变行为 (2πrad / m)。我们也观察到心肌梗死率增加的结果修改螺旋磁各向异性。因此,域变换下扭转应力对应GMI展品异构转变。和获得的结果在大扭力magnetoimpedance比率 290%可以适合进一步发展的高性能转矩TSI传感器。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

大为邢承认提供的金融支持自然科学基金(批准号下的国家自然科学基金委)51371067。刘Jingshun承认国家自然科学基金委的支持与批准号51401111,中国内蒙古自治区自然科学基金批准号下2014 bs0503,高等教育机构的科学研究基金会(SRFHEI)下的中国内蒙古自治区批准号NJZY14062。