多功能应力阻抗效应自动测试仪的研制

介绍了一种多功能应力阻抗效应自动测试仪,该测试仪集成了巨应力阻抗(GSI)效应和巨扭力阻抗(TGI)效应的自动测试,可实现恒张力条件下测TGI效应,并可实现GSI效应和应力一应变的同时测试,从而直接计算GSI材料的应变因子(SGF)。

FeSiB薄膜的巨磁阻抗和应力阻抗效应研究

软磁材料中存在巨磁阻抗 (giantmagneto impedance ,GMI)效应以及与之相同来源的应力阻抗 (stress impedance ,SI)效应 ,利用这两种效应可以制成具有高灵敏度的微型化的磁场和应力 应变传感器。本文基于传感器的实际应用 ,对图形化的、较大磁致伸缩的FeSiB单层和多层薄膜的巨磁阻抗和应力阻抗效应中频率和退火的影响进行了研究。结果表明 ,对于两种效应 ,经过退火处理的单层和多层膜均可在较低的频率下得到较高的灵敏度 。

热处理温度对FeCoSiB薄膜及FeCoSiB/Cu/FeCoSiB三明治膜应力阻抗效应的影响

采用DC磁控溅射法在玻璃基片上制备了FeCoSiB薄膜和FeCoSiB/Cu/FeCoSiB 三明治膜,并进行磁场退火热处理以消除残余应力和形成磁织构,提高薄膜的应力阻抗效应。薄膜的磁性能采用振动样品磁强计(VSM)进行测试,采用HP4275A 型阻抗分析仪在200kHz^10MHz频率范围内测试薄膜的应力阻抗效应。结果表明,磁场退火热处理可形成感生磁各向异性,改善薄膜的软磁性能、提高薄膜的应力阻抗效应。在温度低于300℃时,随着退火温度的增加,薄膜的应力阻抗效应增大;当退火温度超过300℃时,薄膜的应力阻抗效应随退火温度增加而降低。与Fe CoSiB单层膜相比, FeCoSiB/Cu/FeCoSiB 三明治膜应力阻抗效应较大。10MHz测试频率下,在基片末端位移为450μm时,经300℃热处理的三明治膜达到了8.3%,而单层膜仅有1.86%。当测试频率较高为10和4MHz时,薄膜的应力阻抗效应变化不大,当测试频率下降到低于1MHz时,薄膜的应力阻抗效应显著降低。

退火工艺对Fe基薄带纵向驱动应力阻抗效应的影响

采用单辊快淬方法制备了Fe73.5Cu1Nb3S i13.5B9(Fe基合金)非晶薄带,利用HP4294A型阻抗分析仪测量了经不同温度退火的Fe基合金薄带在纵向驱动模式下的应力阻抗效应.实验结果表明:经550℃退火的Fe基纳米晶薄带在2.375 MHz电流驱动下的应力阻抗比高达650%,其应力响应灵敏度达120%/MPa.这种纵向驱动模式下的应力阻抗效应,相比其他获得应力阻抗效应的方法,具有灵敏度高、稳定性好的优点.

退火工艺对铁基非晶薄带压应力阻抗效应的影响

采用单辊法制备了宽4.5 mm厚25μm的Fe73.5Cu1Nb3Si3.5B9非晶薄带,且对薄带进行了退火处理和金相分析,并研究了退火工艺对非晶薄带SI效应的影响.结果表明,非晶薄带经300℃退火后开始出现晶化现象;与淬态非晶薄带相比,退火可以增强非晶薄带的SI效应,经300℃×2 h退火后薄带的SI效应最大,当测试频率为50 MHz,测试压应力为3.6 MPa时,淬态非晶薄带的SI效应为5.63%,而经300℃×2 h退火后薄带的SI效应可达7.83%.

非晶态合金材料应力阻抗效应研究进展

应力阻抗效应(SI)是近年来在非晶态合金材料中发现的又一新的具有研究和应用价值的特殊物理效应,利用这种效应可以研制出高灵敏度的应力/应变传感器。简单介绍了应力阻抗效应的理论依据,分析了近几年来国内外在这方面的研究进展,主要有非晶丝、非晶带和薄膜应力阻抗效应的研究以及不同处理工艺对其应力阻抗效应的影响,适当的处理工艺引入的各向异性对应力阻抗效应的提高有很大的贡献。

钴基非晶合金薄带应力阻抗效应的研究

通以高频交变电流的钴基非晶带在弯曲时,由于受到应力作用而具有显著的应力阻抗效应,实验中所用的材料是经过适当脉冲电流退火的钴基非晶合金薄带Co66.3Fe3.7Si12B18。研究了阻抗变化率随非晶带弯曲程度的变化关系以及交流电流幅值和频率对非晶带应力阻抗效应的影响。实验结果表明,在弹性体末端位移为正方向时,非晶带具有负的阻抗变化率,而位移方向为负时,具有正的阻抗变化率,且都随位移的增加而增大。在位移一定的情况下,阻抗变化率随着频率的增加先增大后减小,随电流大小的变化关系也具有这种趋势。

弯曲应变下Co_(66)Fe_4Cr_2Si_(12)B_(16)非晶态合金带应力阻抗效应

对具有负磁致伸缩系数的Co66Fe4Cr2Si12B16非晶合金带在制备态下及经脉冲电流退火下的应力阻抗效应进行了研究。结果表明:长为50mm的非晶带,在仅5mm挠度的弯曲应变作用下材料可显示显著的应力阻抗效应,输出电压幅值变化率大于40%。非晶材料经电流密度为35A/mm2,频率为2Hz,持续时间为30s的脉冲电流退火处理后,可改善应力阻抗效应灵敏度。该非晶材料受张应力作用时阻抗减小,受压应力作用时阻抗增大,弯曲应变下的应力阻抗效应可用于制作具有高应变因子的力传感器及新型智能材料。

FeCuNbSiB非晶粉体/IIR复合薄膜的拉伸及压缩应力阻抗效应

以FeCuNbSiB非晶粉体／IIR复合薄膜材料为研究对象，分别研究了该材料在固定测试频率为1KHz下的拉伸和压缩应力阻抗效应。其中压缩速度为0．01mm／s，压缩最大应力为1MPa；拉伸速度为0．05mm／s，拉伸最大应力为2．4MPa。同时，将2种测试过程在每隔50s时间，计算一个等效的拟合点，并将这些等效拟合点进行曲线拟合，获得相应的拟合曲线。接着我们又对拉伸应力阻抗及压缩应力阻抗等效拟合曲线经行求导处理，得出相应的能够表征应力阻抗的敏感性的函数Z’（σ）。试验结果表明：拉伸过程阻抗随着应力增大而降低，压缩过程阻抗随着应力增大而增大。由于该复合薄膜的基体是丁基橡胶，适合于微小应力敏感的测试。而压缩应力阻抗方面，其耐压强度相对耐拉强度大很多，论文中只讨论了压应力范围为0～1MPa的压应力阻抗效应。在微应力条件下，压应力阻抗敏感性能不及拉伸应力阻抗。而在大应力下其应力敏感特性较好。

电流退火对铁基非晶合金Fe_(78)Si_9B_(13)薄带巨应力阻抗效应的影响

研究了电流退火工艺对非晶Fe78Si9B13薄带巨应力阻抗效应的影响。实验结果表明 ,在外加应力下对非晶合金进行电流退火 ,巨应力阻抗效应显著提高 ,并且ΔZ/Z最大值随退火电流密度的增加先增加然后减小。Fe78Si9B13合金在 4 0MPa预应力下 ,经 34A/mm2 电流退火后 ,阻抗的最大相对变化率达到 180%。

FeCoSiB/Cu/FeCoSiB多层膜的应力阻抗效应研究

采用直流磁控溅射法在柔性Kapton基片上制备了三明治结构的FeCoSiB/Cu/FeCoSiB多层膜,研究了多层膜的交流阻抗随外加应力变化的规律。测试结果表明,三明治结构多层膜的阻抗随外加应力的增大而增大,应力阻抗效应随中间导电层厚度以及铁磁层厚度的增加而增强,同时应力阻抗效应也与测试频率密切相关。

脉冲电流退火对Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9合金薄带巨应力阻抗效应的影响

研究了脉冲电流退火工艺对非晶Fe73 5Cu1Nb3 Si13 5B9合金薄带巨应力阻抗 (GSI)效应的影响。结果表明 ,在外加 10 0MPa拉应力下对非晶合金进行脉冲电流退火后 ,巨应力阻抗效应显著提高 ,并且ΔZ/Z最大值随退火电流密度的增加而增加 ,当退火电流密度为 930A/mm2 时 ,阻抗的最大相对变化达到 35 0 %。

巨应力阻抗效应测量系统的设计研究

根据巨应力阻抗效应的检测原理以及巨应力阻抗材料应变因子的定义,对其检测系统的结构和工作原理进行了设计研究。重点设计了张力加载装置,并提出了消除测量样品安装误差的解决方案。

各向异性场对非晶态合金应力阻抗效应的影响

在非晶态合金材料中引入应力感生各向异性场及磁各向异性场,根据Maxwell方程组及带Gilbert项的Landau-Lifshitz方程,得到了能揭示非晶态合金材料应力阻抗效应的理论,理论结果可定性地解释实验结果.对不同各向异性场参数下的应力阻抗效应进行了大量计算,获得了一些对理论和应用具有一定参考价值的结论.

软磁纳米晶丝的巨应力阻抗和巨扭矩阻抗效应

在频率f=1MHz和纵向直流磁场H=0～±11.2kA/m下,分别测量了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶丝(由非晶退火而得)在外加应力(σ=0～157MPa)及扭矩(ξ=0～62.8rad/m)作用下的磁阻抗效应分别为-35%和-66%。基于感生磁弹性各向异性的概念,对应力阻抗效应和扭矩阻抗效应进行了理论分析。与实验结果的对比表明,阻抗随应力和扭矩的改变可由感生各向异性模型来解释。

柔性FeCoSiB非晶磁弹性薄膜的应力阻抗效应

采用直流磁控溅射方法在柔性Kapton基片上沉积了FeCoSiB薄膜,研究了偏置磁场、溅射气压以及测试频率对薄膜应力阻抗效应的影响规律。结果表明,本文中优化的溅射气压为1.5 Pa,强的偏置磁场可形成强的横向各向异性,从而显著提高材料的应力阻抗效应。随着测试频率从0.1MHz升高到30 MHz,薄膜的应力阻抗效应显著增强。

非晶态合金丝巨应力电阻抗效应的研究

研究了具有近零磁致伸缩系数Fe4 .3 5Co68.15Si12 .5B15晶态合金丝在外加压应力作用下显示的巨应力电阻抗 (GSI)效应。比较了Fe4 .3 5Co68.15Si12 .5B15非晶材料及具有大磁致伸缩系数的Fe77.5Si7.5B15非晶材料在弯曲应力作用下显示的应力电阻抗效应的异同。仔细研究了钴基非晶丝两端的电压信号峰峰值与外力、驱动电流Irms及频率f的关系。实验结果表明 ,钴基非晶丝在外加力为 6g ,驱动电流Irms为 10mA ,频率为 2 0 0～ 2 5 0kHz时 ,电压峰峰值变化率可达 40 %。而FeSiB材料在低频及小应力下未发现GSI效应。

基于软磁多层膜交流阻抗效应的新型力敏传感器研究

研究内容：应力阻抗效应是指软磁材料的交流阻抗在外力的作用下发生显著变化的现象，利用应力阻抗效应可制作各种高灵敏度、响应速度快的新型力敏传感器，如压力传感器、加速度传感器等，在自动控制、汽车电子、航空航天和机器人技术等领域中有巨大的应用前景。本项目采用磁控溅射制备了软磁FeSiB薄膜和FeCuNbCrSiB薄膜，研究了薄膜的制备工艺和退火工艺对薄膜的微结构、磁性的影响；

一种新型压磁薄膜

在硅橡胶基体中复合非晶Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9粉体,制得一种具有压磁特性的复合薄膜,并对一些影响因素进行了初步探讨。实验表明,该复合薄膜具有灵敏的压磁特性,尤其在<120kPa微应力,测试频率低于400kHz时,压磁效应最好。在相同测试频率下,压应力与应力阻抗值成正比关系;薄膜中非晶粉体越细、粉体含量越高,薄膜越薄,其压磁效应越大。

其它材料

0307011PVK/SiO2纳米粒子复合体系能量传递的研究[刊]/安利民//发光学报.—2002,23（6）.—590～594（E）通过溶胶反应在乙醇溶液中合成了60nm 的SiO2纳米粒子,将其与聚乙烯咔唑（PVK）共混,得到了不同质量分数的 PVK/SiO2复合体系。利用荧光光谱、吸收光谱,研究了 PVK/SiO2复合体系的荧光效应,光致发光的研究表明在 PVK 与 SiO2纳米粒子之间存在界面能量传递过程,这种能量传递的必要条件是 PVK 的发射谱与 SiO2纳米粒子的吸收谱有重叠。以上研究表明 PVK/SiO2复合体系存在较强的界面效应,是研究有机与无机纳米体系界面效应的良好模型。