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纳米/微米丝状传感器材料的制备与性能研究

纳米/微米丝状传感器材料的制备与性能研究

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作者：罗彩勤兰州大学

学位级别：硕士

随着各种元器件向着智能化和微型化的方向发展,要求传感器的响应速度、测量精度、可靠性等性能不断提升。因此,新型传感器的研究开发成为目前国内外的研究热点之一。由于巨磁阻抗传感器具有响应速度快、温度稳定性能高等优点,因此受到... 详细信息

随着各种元器件向着智能化和微型化的方向发展,要求传感器的响应速度、测量精度、可靠性等性能不断提升。因此,新型传感器的研究开发成为目前国内外的研究热点之一。由于巨磁阻抗传感器具有响应速度快、温度稳定性能高等优点,因此受到越来越广泛的关注。本论文制备了一种可用于巨磁阻抗传感器的feni复合结构丝材料,通过应力拉伸及施加小电流的方法,提高了该材料的巨磁阻抗(GMI)变化率。此外,由于Zn0材料在气敏性、光敏性等传感性能方面的优越性,近年来越来越多的研究机构开始致力于Zn0材料的研究与制备。本论文利用金属Zn薄膜在空气中快速氧化可以产生Zn0纳米材料的现象,提出了一种高速度、低成本的电流加热方法并制备出了可用于气敏传感器的新型ZnO纳米米花材料。为了提高feni复合结构丝材料的GMI效应,我们在实验中对复合结构丝施加了轴向的机械拉力,测试结果表明,未施加机械拉力时,电镀时间为800s的样品,GMI变化率为18%。对复合结构丝轴向加拉力之后,巨磁阻抗变化率有了显著的提高。当复合结构丝轴向单位面积受力为150MPa时,GMI变化率达到了13000%,该结果相比未处理的复合结构丝提高了3个数量级,相比其他文献中的结果提高了一个量级。feni材料的磁致伸缩系数随着Fe和Ni的含量的不同而变化,按照文中的配比,ICP测试结果证明了Fe和Ni的含量比为Fe17Ni83,在这种比例下,磁致伸缩系数为负,施加拉力后,磁矩将沿着垂直轴向的方向(环向),使得环向磁导率(横向磁导率)增大,因此导致材料的GMI效应增强。其次,对复合结构丝轴向方向施加小电流,提高了feni复合结构丝的横向磁导率,从而增大了GMI变化率。测试结果表明当未施加电流时,GMI变化率为18%;而当施加了电流后,GMI变化率提高至900%。通过对ZnO纳米花材料的性能表征得出,ZnO纳米花整体直径为15μm,其由长径比很大的纳米线(直径为100nm,长度为10μm)组成。ZnO纳米花的尺寸大小可由施加的小电流密度来控制,测试结果表明电流密度越大,氧化锌纳米花的尺寸越大。此外,由于该材料是在反应速度极快的条件下制备,使得样品的生成了很多氧空位,从而导致其具有极好的发光性能。

关键词：传感材料 feni复合结构丝 ZnO纳米花 GMI变化率机械拉力

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