石墨烯复合软磁材料的巨磁阻抗效应研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vince_yang_666666
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巨磁阻抗(GMI)效应自1994年在钴基非晶导线中被发现以来,一直备受关注。与传统磁传感器相比,GMI传感器有几个明显的优势,包括高灵敏度、远程查询和制造成本低。GMI传感器敏感元件通常由高磁化率和低矫顽力的软磁材料组成。软敏元件周围有其他导电或磁性材料时,其GMI效应和磁性会发生变化。许多研究人员报道,磁层涂覆在非晶态或纳米晶带上会导致GMI比率发生较大变化。然而,导电镀层对纳米晶带磁性能的调节研究相对较少。因此,研究导电材料对敏感磁元件的影响是必要的。在多层结构中,外部铁磁层的电感大于内部导电层的电阻,因此也出现不同的GMI响应。因此,我们希望找到一种高导电的新材料合成多层复合材料,希望GMI能有更明显的响应。轻质材料碳材料有诸多优势,其中的明星材料石墨烯期望能够在GMI敏感元件中有较好的表现。研究发现不同种类石墨烯、不同结构组成对软磁复合材料的巨磁阻抗效应影响显著。但研究人员发现通过转移CVD石墨烯、涂敷等技术合成的复合纳米晶条带,其粗糙度,内应力等会影响复合条带的GMI表现。故本论文的主要研究内容和结果如下:1.为了优化GMI效应并降低复合条带的粗糙度,探索了三明治结构的石墨烯复合软磁材料的GMI效应。在纳米晶Fe73.5Cu1Nb3Si13B9.5条带(FINEMET)上,通过一步化学镀合成还原氧化石墨烯(rGO)内层,磁控溅射法获得Fe Co外层,通过控制Fe Co外层的厚度获得最佳的三明治结构Fe Co/rGO/FINEMET/rGO/Fe Co(/F/GFC)复合条带。当氧化石墨烯浓度为3mg/100 ml,溶液p H值为12.5,水合肼溶液浓度为1.5 ml/16 ml,化学镀反应温度为90℃,反应时间为60 min,Fe Co层厚度为40 nm时,/F/GFC的GMI效果达到了70.32%,是初始裸FINEMET条带的2.1倍,FINEMET/rGO复合条带的1.4倍,FINEMET/Fe Co复合条带的1.2倍。通过磁偶极子相互作用对软磁材料磁性能的调节解释了实验结果。为石墨烯复合磁性材料在磁性传感器中的应用提供了潜在的思路。2.为了避免化学镀法引入的杂质,提高石墨烯的质量及GMI效应,探索了化学气相沉积(CVD)石墨烯复合软磁材料的GMI效应。通过CVD法在纳米晶条带上直接生长石墨烯,探索最佳的生长工艺条件。实验结果表明,使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作碳源,成功制备了FINEMET/G复合条带。通过磁控溅射Ni层作为石墨烯生长过渡层,在560℃生长温度下,当Ni厚度为300 nm时制备的FINEMET/Ni/G复合条带获得了最佳的GMI效应增强。使CVD石墨烯在FINEMET上的直接生长合成GMI材料得到实现。
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