磁性弹热制冷材料概述及特性分析

近年来,弹热制冷材料受到了研究者们的广泛关注.磁结构相变中磁和结构自由度之间强烈的耦合作用为发现能够实现多场控制的新型弹热材料提供了催化剂.本文主要研究具有机械制冷应用前景的磁性形状记忆合金,对这些材料展现的区别于传统形状记忆合金的新奇特征进行了综述.从物理学和工程技术的角度出发,对如何提高弹热温变值,增加热效应可逆性,增强机械性能提出了普适性策略.此外,本文对应用于同类型制冷技术的压热效应也进行了讨论.

柔性阻变存储器材料研究进展

本文简述了阻变存储器的基本结构、工作原理、发展历程和研究现状,归纳总结了柔性阻变存储器的材料体系,包括介质材料、电极材料和基底材料,以及柔性阻变存储器材料体系的总体趋势和最新研究进展;分析了柔性阻变存储器的性能特点,包括存储性能和力学性能。阐述了发展柔性阻变存储器的重要意义与面临的挑战,提出了该领域现在研究中存在的不足和未来需要进一步研究的方向。得出力学性能稳定的高电导可拉伸电极和存储性能稳定的可拉伸介质是柔性阻变存储器材料今后发展的主要方向。

Cu的添加对Fe-B-C-Cu系纳米晶合金软磁性能的影响

通过单辊快淬法制备了Fe-B-C-Cu非晶态合金,并利用等温退火法对其进行晶化热处理制得纳米晶。用DSC、XRD、TEM、VSM、交直流B-H仪等对其微观结构及软磁性能进行了研究。结果表明:Cu的添加作为α-Fe形核点的作用明显,有效地促进了具有纳米级尺寸的单相α-Fe的析出,Fe84-xB10C6Cux系纳米晶合金的矫顽力随Cu含量的增加而先降低后增加,饱和磁感应强度则由于α-Fe的析出而呈增大的趋势。当Cu原子百分含量为1时,该系合金具有最佳的软磁性能,如高饱和磁感应强度Bs= 1.78 T,低矫顽力Hc= 5.1 A/m,低铁损P10/50= 0.34 W/kg。

柔性阻变存储材料与器件研究进展

物联网技术的飞速发展对柔性可穿戴电子设备提出了迫切需求,而作为电子设备不可或缺的部分,存储器势必也需要向柔性化的方向发展。阻变存储器具有高速、低功耗、非易失、结构简单、选材广泛等特性,被视为未来柔性存储器的重要候选器件之一。在应变条件下,阻变存储器的薄膜开裂无疑会导致器件性能失效。因此,近年来除研究应变对材料性质和器件性能的影响外,研究人员主要从选择合适的阻变材料和优化器件制备工艺方面不断尝试,取得了丰硕的成果,大幅提升了器件的柔韧性。为构建高性能的柔性阻变存储器,许多材料已被开发作为存储介质,包括无机、有机、有机-无机复合或杂化材料等。同时,金属、金属合金、碳/硅材料、氮化物、导电氧化物等已被尝试用作电极材料,聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等也已被尝试用作柔性衬底。此外,器件的制备起初主要采用全气相法,条件相对苛刻,通常需要高真空甚至高温环境。近年来的研究工作将气相-液相混合甚至是全液相法引入到柔性阻变存储器的制备工艺中,初步实现了器件的简单、低温和快速制备。本文归纳了柔性阻变存储器的研究进展,分别对器件材料(存储介质、电极和衬底)和制备工艺及性能进行了全面介绍,分析了器件的失效机理,并对本领域当前存在的挑战与未来发展前景进行了讨论。

具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律.研究发现,在功率密度15.6 W/cm^2与溅射气压2 mTorr(1 Torr=1.33322×102Pa)下生长的NiFe薄膜,表现出条纹磁畴的临界厚度在250 nm到300 nm之间.厚度为300 nm的薄膜比250 nm薄膜的垂直磁各向异性场增大近一倍,从而磁矩偏离膜面形成条纹磁畴结构,并表现出面内转动磁各向异性.高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度.在相同功率密度15.6 W/cm^2下生长300 nm的NiFe薄膜,随着溅射气压由2 mTorr增大到9 mTorr,NiFe薄膜的垂直磁各向异性场逐渐由1247.8 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)增大到3248.0 Oe,面内转动磁各向异性场由72.5 Oe增大到141.9 Oe,条纹磁畴周期从0.53μm单调减小到0.24μm.NiFe薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱.

超精密气浮定位平台动力学特性分析

设计了一种超精密气浮定位平台,并运用Ansys对导轨和滑台分别作了有限元模态分析,校核了其动态刚度。在此基础上,分析了导轨的厚度对导轨刚度的影响以及滑台顶板厚度对滑台刚度的影响,为结构的优化设计提供了参考依据。分析结果显示,定位平台的刚度满足设计要求。

低失重烧结钕铁硼磁体的研究进展

烧结钕铁硼永磁材料被发明以来,以其优越的磁性能得到了广泛的应用,目前成为永磁产业的支柱。但是其耐腐蚀性能差,大大限制了其使用范围。因此,近20多年来如何改善其抗腐蚀性能成为烧结钕铁硼材料生产和使用的重要问题。总结了烧结钕铁硼腐蚀失重的机制,制备低失重烧结钕铁硼的方法和工艺,对如何提高烧结钕铁硼磁体的耐腐蚀性,降低腐蚀失重进行了综述。从磁体成分设计和微观结构方面总结了几条提高烧结钕铁硼磁体耐蚀性的原则,其关键是对晶界相的成分和微观结构进行合理的控制。

羰基铁粉/FeSiBCCr复合非晶磁粉芯的性能

随着5G时代的到来,数量庞大的基站建设对低损耗、高频特性、大功率软磁复合磁粉芯的需求不断增长,同时,宽禁带半导体技术的迅速发展对电子器件的小型化、高频化、高功率密度提出了更高的要求。然而,几乎没有软磁材料能够满足第三代宽禁带半导体的外源环境要求,这进一步制约了下一代电子器件的发展。为了满足发展需求,本工作通过将具有高饱和磁化强度(M_(s))的羰基铁粉(Carbonyl iron powder,CIP)与水雾化FeSiBCCr微细非晶粉末复合,成功制备了综合软磁性能优异的FeSiBCCr复合非晶磁粉芯。研究结果表明,与没有复合CIP的FeSiBCCr非晶磁粉芯相比,当CIP含量为20%(质量分数,下同)时,FeSiBCCr复合非晶磁粉芯的M_(s)提高到160 emu/g左右,整体提高约6.7%;在100 Oe外加直流场下,FeSiBCCr复合非晶磁粉芯的直流偏置性能达到72%,提高了10.8%;在0.05 T@100 kHz条件下,FeSiBCCr复合非晶磁粉芯的损耗降低至296 mW/cm^(3),整体降低11.6%;FeSiBCCr复合非晶磁粉芯的有效磁导率和品质因数分别提高到47.0和174,提高了14.6%和9.4%。通过复合不同含量的CIP制备的新型FeSiBCCr复合非晶磁粉芯具有高的饱和磁化强度、低的损耗和良好的直流偏置特性,有望满足高频大电流器件的需要,在高频电磁系统中具有良好的应用前景。

简单孔节流静压气体轴承优化设计的一种解析解法

静压气体轴承在工程中应用广泛,但其设计工作涉及的计算繁琐,工程中多采用图表法或数值计算法。为简化工程计算过程,也为研究气体轴承中各参数间的关系提供直观的分析依据,从解析角度研究了静压气体轴承的优化设计问题。以简单孔节流圆盘静压气体止推轴承为研究对象,以轴承刚度最大为优化准则,首先利用数值计算求出与供气压比对应的最佳节流压比,再利用最小二乘法拟合得到它们的解析关系式,以此为基础,进而求出最佳气膜厚度、最佳承载力、最大刚度和最佳气体流量的解析解,并与精确数值解进行了比较验证。得到的解析解,使气体轴承的工程设计简便、有效。

金属玻璃流变的扩展弹性模型

玻璃-液体转变现象,简称玻璃转变,被诺贝尔物理学奖获得者安德森教授评为最深奥与重要的凝聚态物理问题之一.金属玻璃作为典型的非晶态物质,具有与液体相似的无序原子结构,因此又称为冻结了的液态金属,是研究玻璃转变问题的理想模型材料.当加热至玻璃转变温度,或者加载到力学屈服点附近时,金属玻璃将会发生流动.由于热或应力导致的流动现象对金属玻璃的应用具有重要意义.本文简要回顾了金属玻璃流变现象,综述了流变扩展弹性模型的研究进展和未来发展趋势.

Co-Fe-B-Si-Nb非晶丝巨磁阻抗效应的研究

本文利用具有强非晶形成能力的Co63Fe4B22.4Si5.6Nb5块体非晶合金材料,用熔体抽拉法制备了直径90 μm的Co基非晶丝,对该非晶丝进行了不同温度的退火处理,并且测试了丝材在不同驱动频率下的GMI效应。结果表明,淬态的Co63Fe4B22.4Si5.6Nb5非晶丝具有非常优异的GMI效应,在驱动频率为1.2 MHz时,阻抗变化率 达到最大,其值接近250%。随着驱动频率的提高,巨磁阻抗曲线逐渐出现了双峰,并且峰值所对应的开关磁场随着频率的升高而增大。淬态Co基非晶丝经退火处理后,由于应力释放造成了环向磁结构的减弱,导致了巨磁阻抗效应的下降。

添加P与Cu对FeSiB软磁合金性能的影响

本文在FeSiB合金的基础上,提高了Fe元素的相对含量,添加了P和Cu元素,通过熔体快淬法制备出FeSiBPCu非晶合金,并在不同温度进行热处理制得纳米晶合金。利用DSC,XRD,VSM,直流B-H回线测量仪研究了其结构及性能的变化规律。结果发现,退火后纳米晶合金饱和磁感应强度得到了大幅提高;P和Cu元素的复合添加可以有效的提高FeSiB合金非晶形成能力,使第一与第二晶化峰的温度间隔由102 K增加到137 K。对FeSiBPCu合金在623 K到763 K进行热处理后,呈现出矫顽力先减小后增大,磁导率先增大后减小的趋势,其中在723 K热处理后得到最佳磁性能:饱和磁感应强度达到1.82 T,矫顽力为2.3 A/m,1kHz下有效磁导率超过30000。

Si添加对GdCoAl系合金非晶形成能力和磁热效应的影响

利用铜模吸铸法制备了Gd-Co-Al-Si非晶合金。利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和物性测量装置(PPMS)研究了其结构、热稳定性和磁热效应。结果显示:微量Si元素的加入可以显著提高合金的非晶形成能力和热稳定性。合金同时具有良好的磁热效应,具有9.2 J/kgK的最大磁熵变值(ΔSm)和800 J/kg磁致冷能力值(RC)。该研究表明GdCoAlSi合金可作为一种良好的磁致冷工质工作在液氮温区的附近。

难熔金属替代对烧结NdFeB磁体磁性及腐蚀行为的影响（英文）

采用粉末冶金法制备了Nd24Fe65.5-xRMxB0.97Tb7.0Dy1.1Co1.0Al0.2Cu0.23(RM=Nb,Zr,Ti;x=0.2,0.4,0.6)高性能磁体。高温磁性能测试结果显示,温度低于200℃时,磁体剩磁温度系数(α)得到明显提高;Nb,Ti替代后磁体矫顽力温度系数(β)也得到了较好的改善。PCT实验结果显示,Nb替代后磁体质量损失只有0.07 mg/cm2,耐蚀性显著增强,而Ti替代后磁体的耐蚀性变差;对腐蚀后磁体表面EDX分析得到,当磁体中含有低于0.2%(质量分数)Zr或Ti时,它们将先于Dy被氧化。

Ni对FeNiBPNb非晶合金非晶形成能力及软磁性能的影响

研究了Ni元素对(Fe1-xNix)75.5B14.5P7Nb3(x=0～0.6)系合金非晶形成能力及其软磁性能的影响.结果表明,添加Ni能有效地提高该合金系过冷液相区的稳定性,并使其更接近共晶点,非晶形成能力和软磁性能明显提高.随着Ni含量的增加,过冷液相区从49增加到75K,约化玻璃转变温度从0.540增加到0.594,γ参数从0.373增加到0.405.当Ni含量为0.5和0.6时,采用铜模铸造法成功制备了直径为1mm的块体非晶.该非晶合金系具有优异的软磁性能,其饱和磁感应强度为0.37～1.20T,矫顽力为1.4～3.3A/m,在1kHz频率时的有效磁导率为13100～20900,为开发新型FeNi基软磁块体非晶合金提供了良好的前景.

磁相变材料的热效应表征

基于磁相变热效应的固态制冷是利用外加场驱动相变产生潜热从而实现制冷的技术.因其环境污染小、理论效率高,被认为是最有希望替代当前主流气体压缩制冷的技术.如何准确高效地表征磁相变材料的热效应是固态制冷研究的关键之一.磁相变材料和固态制冷的研究很大程度上依赖于磁相变热效应的表征技术水平.常规的热电偶、量热仪等热效应测试手段难以满足外场施加时复杂样品环境下磁相变热效应表征和深入研究相变机理的需求.因此新表征技术的引入和新表征设备的研制随着磁相变热效应研究的深入也同步发展.特别是近年来,磁相变热效应的表征已经不囿于单一指标、宏观量的测量,不仅表现出多角度、原位化、微观化的趋势,而且有和高通量、机器学习等新方法相结合的特点.本文将从磁热效应、弹热效应、压热效应等单场热效应和多卡效应等方面综述磁相变热效应表征的研究现状,并探讨磁相变热效应表征的未来发展趋势.

倾斜溅射对CoFeB薄膜条纹磁畴结构与磁各向异性的影响

利用倾斜溅射的方法制备了非晶Co Fe B磁性薄膜,研究了倾斜溅射对非晶Co Fe B磁性薄膜条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律。结果表明,倾斜溅射可以有效地降低Co Fe B非晶薄膜条纹磁畴结构出现的临界厚度,无倾斜溅射时,Co Fe B薄膜出现条纹磁畴结构的临界厚度大于240 nm,倾斜溅射时,出现条纹磁畴结构的临界厚度小于240 nm。磁性测试结果表明,对于具有条纹磁畴结构的Co Fe B薄膜,倾斜溅射不仅可以提高磁性薄膜的面内静态磁各向异性的强度,同时还可以增强面内转动磁各向异性与垂直磁各向异性的强度。随着倾斜溅射角度的逐渐增大,磁各向异性的强度均呈现增大的趋势。XRD和TEM观测结果证明,Co Fe B薄膜趋于非晶结构,同时,SEM观察结果表明,Co Fe B薄膜虽然不存在长程有序的晶体结构,但依然可以形成柱状结构,由于倾斜溅射技术,形成的柱状结构呈倾斜状态,从而增强了薄膜的垂直磁各向异性,导致条纹磁畴结构的出现。