专利名称：一种提高材料巨磁阻抗效应的方法
技术领域：
本发明涉及一种可提高材料的巨磁阻抗效应的方法，确切讲本发明涉及提高其表面附着有软磁薄膜的金属丝复合材料的巨磁阻抗效应的方法。
背景技术：
近年来，巨磁阻抗效应引起了广泛的关注，这种效应可用于新型的磁场传感器。具体来说，巨磁阻抗效应是当对材料施加交流电流，可以发现外加磁场可导致材料的电阻抗的巨大变化。磁敏性器件要求材料具有好的阻抗变化率和高的磁场灵敏度，所以现在很多研究集中在提高材料的巨磁阻抗效应。目前，实际使用中常用的具有GMI效应的材料主要是通过热淬急冷的工艺制备的非晶带、非晶丝，或者采用溅射方法制备的软磁薄膜，对于软磁薄膜来说，常见的结构有单层软磁膜结构，软磁膜/导电层/软磁膜结构，软磁膜/绝缘层/导电层/绝缘层/软磁膜结构，对于这三种结构，带绝缘层结构相对具有较强的巨磁阻抗变化率，但需要的交流频率较高。复合结构丝结构的研制克服了这种缺陷，复合结构丝是一种用化学镀或电镀的方法在金属丝(一般是铜丝)表面沉积一层磁性层，这种结构类似于多层膜结构，可进行直接焊接，一般复合结构丝相对于其他巨磁阻抗材料，有共同的优点，制备简单，便于集成，有具有其独特的优点，具有较低的频率和较高的阻抗变化率。复合结构丝的低频特性及其阻抗变化率有待进一步的改善。很多文献报道了关于于提高材料的巨磁阻抗变化率的方法，例如，退火和离子辐照，H.Song 和 D.G..Park 在 Thin Solid Films 519 (2011) 8274 - 8276 上发表了
“Structural and magnetic studies on the enhancement of the giantmagnetoimpedance by ion irradiation”文章中提及用离子福照的方法提高Co基非晶带巨磁阻抗变化率，此文认为大能量粒子的级联的碰撞，产生了横向各向异性。J.S.Liu等(J.S.Liu，F.Y.Cao，D.ff.Xing，L.Y.Zhang，F.X.Qin，H.X.Peng，X.Xue , J.F.Sun)在 Journal of Alloys and Compounds 541 (2012) 215 - 221 上发表了 “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基非晶丝的巨磁阻抗变化率，退火可以改变材料内部的结晶性，电流还可以感生横向的各向异性。上面所说的两种方法都可以很好的提高材料的巨磁阻抗变化率，但是实施起来比较困难，甚至需要比较昂贵的实验设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高其表面附着有软磁薄膜的导电金属构成的复合材料的巨磁阻抗效应的方法。本发明的提高材料巨磁阻抗效应的方法，特别是其表面附着有软磁薄膜的金属丝材料，是在金属丝上施加拉应力。本发明的方法非常简单，但却可以显著提高丝状复合材料的巨阻抗特性，且随着所施加的拉应力的增加，复合结构的低频特性更加明显，巨磁阻抗率的改变率愈大。实验表明，只有对受度材料施加很少的拉应力，即可有阻抗的改变，特别是在拉应力载荷卸除后，材料仍能保持因拉应力而产生的巨磁阻抗率改变效应。测试结果显示:未施加拉力的阻抗变化率一般是10-30，当拉力是146.5Mpa，阻抗变化率达到了 13000，这个结果是目前所有研究中最大的。随着拉力的增加，阻抗变化率是呈先增加后减小的趋势。这种方法不但可以提高材料的巨磁阻抗效应，用到磁场传感器上，还可以用到应力传感器上。
具体实施例方式本发明以下结合实施例说明。在以下实施例中，受试材料为含有金属镍成分的白铜丝，再在金属丝上用电镀的方法镀上一层软磁薄膜形成复合材料，清洗处理完成之后，对复合结构丝两端施加不同大小的机械应力。复合结构丝的材料是在白铜丝通过电镀的方法沉积FeNi磁性层，沉积时间100s-2000 S，形成的复合层材料的组成是Fe1(l(l_xNix，其中x的取值为80-100，根据扫描电镜的结果FeNi磁性层的厚度为10纳米-10微米。沉积好形成复合结构后再施加拉力。具体作法如下:
(I)对金属丝进行镀前处理，白铜丝放进在NaOH稀溶液除油，清洗后放在酒精超声清洗 10 min。(2)用电沉积的方法制备FeNi，沉积电位-1.2 V，沉积时间800 s 硫酸亚铁FeSO4.7H20的浓度为0.01 - 0.05 M/L
NiSO4.7H20 的浓度为 0.1- 0.2 M/L硼酸的浓度为0.3 M/L糖精的浓度为2 g/L 甘氨酸的浓度为I g/L坏血氧酸的浓度为5 g/L
电镀溶液中的Ni+2和Fe+2分别是0.01-0.05 M/L和0.1-0.2 M/L，沉积时间800 S。如果得到其内部为导电的白铜外部附着有Fe1(l(l_xNi x软磁薄膜的复合材料。
(3)对沉积好的复合结构丝通过拉力计施加拉力，固定复合结构丝一端，对另一端施加机械拉力。实验表明经对前述的复合材料施加拉应力后，材料的巨磁阻抗发生很大的变化。以下为相关的实施例。对比例
将FeS04*7H20，NiSO4.7Η20,硼酸，糖精，甘氨酸，抗坏血氧酸溶于40 0C -60 0C的去离子水中搅拌均匀，浓度分别是FeSO4WH2O的浓度0.01 M/L，NiSO4.7Η20的浓度为0.01M/L,硼酸的浓度为0.3 M/L,糖精的浓度为2 g/L，甘氨酸的浓度为I g/L，坏血氧酸的浓度为5 g/L。电镀时，采用三电极体系，阳极是钼电极，阴极是外径为155微米的白铜丝，电镀时间为800s。从而得到Ni8tlFe2t/白铜丝复合结构，其中磁性层的厚度为5微米。未施加拉力时，直流磁场为80奥斯特，交流频率为IOKHz时，测得的复合材料的巨磁阻抗变化率为35%。实施例1 将FeS04*7H20，NiSO4.7Η20,硼酸，糖精，甘氨酸，抗坏血氧酸溶于40 0C -60 0C的去离子水中搅拌均匀，浓度分别是FeSO4WH2O的浓度0.01 M/L，NiSO4.7Η20的浓度为0.01M/L,硼酸的浓度为0.3 M/L,糖精的浓度为2 g/L，甘氨酸的浓度为I g/L，坏血氧酸的浓度为5 g/L。电镀时，采用三电极体系，阳极是钼电极，阴极是外径为155微米的白铜丝，电镀时间为800s。从而得到Ni8tlFe2t/白铜丝复合结构，其中磁性层的厚度为5微米。对制得的复合结构丝施加拉力，单位面积受力10-80为MPa，卸除拉应力载荷，进行巨磁阻抗变化率测定，在直流磁场为80奥斯特，交流频率为30KHz时，测得的复合材料的巨磁阻抗变化率为 100-1000%ο实施例2
将FeS04*7H20，NiSO4.7Η20,硼酸，糖精，甘氨酸，抗坏血氧酸溶于40 0C -60 0C的去离子水中搅拌均匀，浓度分别是FeSO4WH2O的浓度0.01 M/L，NiSO4.7Η20的浓度为0.01M/L,硼酸的浓度为0.3 M/L,糖精的浓度为2 g/L，甘氨酸的浓度为I g/L，坏血氧酸的浓度为5 g/L。电镀时，采用三电极体系，阳极是钼电极，阴极是外径为155微米的白铜丝，电镀时间为800s。从而得到Ni8tlFe2t/白铜丝复合结构，其中磁性层的厚度为5微米。对制得的复合结构丝施加拉力100-130 MPa，卸除拉应力载荷，进行巨磁阻抗变化率测定，直流磁场为80奥斯特，交流频率为IOKHz时，测得的复合材料的巨磁阻抗变化率为5000-9700%。实施例3
将FeS04*7H20，NiSO4.7H20,硼酸，糖精，甘氨酸，抗坏血氧酸溶于40 0C -60 0C的去离子水中搅拌均匀，浓度分别是FeSO4.7H20的浓度0.01 M/L，NiSO4.7H20的浓度为
0.01 M/L,硼酸的浓度为0.3 M/L,糖精的浓度为2 g/L，甘氨酸的浓度为I g/L，坏血氧酸的浓度为5 g/L。电镀时，采用三电极体系，阳极是钼电极，阴极是外径为155微米的白铜丝，电镀时间为800s。从而得到Ni8tlFe2tl/白铜丝复合结构，其中磁性层的厚度为5微米。对制得的复合结构丝施加拉力140-170 MPa，卸除拉应力载荷，进行巨磁阻抗变化率测定，在直流磁场为80奥斯特，交流频率为4KHz时，测得的复合材料的巨磁阻抗为变化率为10000-13000%。
权利要求
1.一种提高其表面附着有软磁薄膜的金属丝材料的巨磁阻抗效应的方法，其特征是在在材料上施加拉应力。
2.权利要求1所述的提高材料巨磁阻抗效应的方法，其特征是所述的材料为其表面附着有Fe1(l(l_xNix的软磁薄膜，其内部为含有金属镍成分的白铜丝。
全文摘要
本发明公开一种提高由其表面附着有软磁薄膜的导电金属构成的复合材料的巨磁阻抗效应的方法。本发明的方法是在在金属丝上施加拉应力。本发明的方法非常简单，但却可以显著提高丝状复合材料的巨阻抗特性，且随着所施加的拉应力的增加，复合结构的低频特性更加明显，巨磁阻抗率的改变率愈大。实验表明，只有对受度材料施加很少的拉应力，即可有阻抗的改变，特别是在拉应力载荷卸除后，材料仍能保持因拉应力而产生的巨磁阻抗率改变效应。
文档编号H01L43/10GK103107282SQ20131004533
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者王建波, 罗彩勤, 张毅, 刘青芳 申请人:兰州大学