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非晶、纳米晶材料由于其独特的组织结构、高效的制备工艺、优异的材料性能和广阔的应用前景,一直受到材料科学工作者和产业界的特别关注。在过去的四十几年中,伴随着非晶态材料基础研究、制备工艺和应用产品开发的不断进步,各类非晶态材料已经逐步走向实用化,特别是非晶、纳米晶软磁合金带材在电力和电子等领域开始获得广泛应用。而后来在该类材料中发现了巨磁阻抗(GMI)效应,为开发高灵敏度磁敏传感材料提供了新途径,更成为该领域一个新的研究热点。因此,研究非晶、纳米晶软磁薄带材料中的微结构、磁结构对巨磁阻抗效应的影响具有重要的理论意义和实际价值。
本文系统地研究了Fe735Cu1Nb3Si13.5B9非晶、纳米晶薄带的巨磁阻抗效应、退火温度对材料内部微结构的影响、Fe基合金薄带的形状各向异性以及其对材料巨磁阻抗效应的影响等,主要研究结果如下:
1.通过对FeCuNbSiB纳米晶薄带的纵向驱动巨磁阻抗效应特性的研究发现,存在两个特征频率fr0、frmax,磁阻抗曲线形状由驱动电流频率f与它们的相对关系决定。在驱动电流频率f<fr0和f>frmax情况下,影响磁阻抗的主要因素是材料的软磁特性。驱动电流频率在fr0<f<frmax区间时,阻抗频谱曲线阻抗峰的移动和增高是影响磁阻抗的主要因素。
2.以一种新的观测手段——利用原子力显微镜(AFM)观测薄带断口的形貌,对经不同温度退火的FeCuNbSiB合金薄带的介观结构进行研究,同时结合X射线衍射等观测手段,实验结果表明,不同温度退火的FeCuNbSiB合金薄带的断口呈现不同的介观结构,如310℃退火的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金薄带在其厚度方向上,存在明显的结构差异;540℃退火的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶薄带在其厚度方向上没有明显的结构差异,为均匀分布在非晶基底上的纳米晶粒。而这是由于单辊快淬法制备Fe基非晶合金薄带时引入的内应力在厚度方向上存在梯度分布;随着退火温度的升高,内应力的释放,薄带的结构差异逐渐消除。
3.初步探讨了形状各向异性对铁基合金薄带磁阻抗比曲线以及横向各向异性场大小的影响。减小Fe73.5Cu1Nb3S13.5B9合金薄带的长度,可以使其磁阻抗曲线的平台区加宽,即横向磁各向异性场增大,这与Fe73Cu1Nb1.5V2S13.5B9纳米晶带通过加应力退火,感生横向磁结构后得到的磁阻抗比曲线非常相似。