基片对间接耦合式超磁致伸缩薄膜静态磁化性能的影响
生长温度对磁控溅射ZnO薄膜的结晶特性和光学性能的影响
3 国家自然科学基金 (批准号 :50240420656) 资助的课题. › E-mail :qyzhang @dlut . edu. cn
3期
孙成伟等 : 生长温度对磁控溅射 ZnO 薄膜的结晶特性和光学性能的影响
1391
本文采用反应射频磁控溅射方法 ,在 Si 基片上 成功地制备了具有高 c 轴择优取向的 ZnO 薄膜. 利 用原子力显微镜 (AFM) 、X 射线衍射 ( XRD) 、透射电 子显微镜 ( TEM) 、电子探针 ( EPMA) 、Raman 散射等 薄膜表面形貌和结构表征技术 ,比较系统地研究了 沉积温度对 ZnO 薄膜的生长行为和结晶性能的影 响. 研究结果显示 ,随着沉积温度的变化 , ZnO 薄膜 的生长行为和结晶质量在 500 ℃之后发生了比较明 显的改变. 结合光致荧光光谱 ( PL) 和透射光谱等光 学性能分析方法 ,我们发现 ,正是 ZnO 薄膜的生长 行为的变化 ,导致 ZnO 薄膜光学特性的不同. 此外 , 我们还探讨了沉积温度对 ZnO 薄膜的结构状态 、缺 陷状态等因素的影响及其在 ZnO 薄膜的光致荧光 发射中的作用.
X射线分析温度对ITO膜结构与电性能的影响
第23卷 第9期2001年9月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF W UHAN UN I VERSI T Y OF TECHNOLOG YV o l .23 N o.9 Sep.2001文章编号:100022405(2001)0920001203X 射线分析温度对ITO 膜结构与电性能的影响周 静(武汉理工大学)刘 静(中国建材科学研究院)摘 要: 在不同温度基片上采用阴极磁控溅射法在玻璃上镀ITO 透明导电膜,采用X 射线衍射技术分析样品的结构随温度的变化情况,测量了样品的方块电阻、电阻率、霍尔迁移率、载流子浓度等电学性能和膜层的可见光透过率。
基片温度为180℃时,ITO 膜(222)衍射峰很强,具有[111]方向择优取向,随基片温度升高,(400)、(440)衍射峰增强,晶面随机取向增加,同时晶粒变大、电阻率降低。
关键词: ITO 膜; 磁控溅射; 基片温度中图法分类号: TQ 174文献标识码: A收稿日期:2001205215.作者简介:周 静(19702),女,讲师;武汉,武汉理工大学材料学院(430070).铟锡氧化物(Indium T in O x ide ,简称ITO )薄膜是一种n 型半导体陶瓷薄膜。
作为透明导电膜,它将金属的导电性与晶体的透光性有机地结合在一起,可广泛地用于各种平板显示器、太阳能电池、电致变色功能膜、红外遥感探测等诸多领域。
ITO 膜的制备方法很多[1,2],如直流磁控溅射、射频磁控溅射、CVD 、喷雾热分解、so l 2gel 法等。
其中直流磁溅射法应用最为广泛,工业生产中多数采用这种方法。
ITO 透明导电膜的载流子主要通过Sn 4+掺杂来实现,薄膜的电阻率、载流子浓度、霍尔迁移率、可见光透过率等性能主要由薄膜的微观结构决定,而这些微观结构取决于溅射过程中的诸多因素,如基片温度、溅射功率、反应气氛等。
主要讨论基片温度对薄膜结构及电性能的影响。
基于超磁致伸缩材料和光纤光栅的磁场传感器研究
华中科技大学硕士学位论文摘要在实际工程应用中，对电绝缘工作环境内磁场的测量和弱磁场信号的测量需求逐渐增多。
光纤作为一种传输媒介，具有显著的抗电磁干扰、分辨力高等优势。
基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器，能够很好地应用于漏磁、微弱磁场环境下的信息检测。
这类磁场传感器的传感原理是将磁致伸缩材料与光纤光栅相结合，利用光纤测量由磁场引起的磁致伸缩材料应变，间接得到磁场。
本文设计了一种光纤磁场传感器，将超磁致伸缩材料同光纤光栅传感器相结合，通过监测光纤波长的偏移量来测量磁感应强度。
论文主要研究内容有：介绍磁场测量技术的发展过程和几种不同的磁场测量原理。
对比目前光纤传感器应用于磁场测量领域的几种主要类型，讨论光纤磁场传感器的国内外研究现状和在电力领域的应用前景。
分析光纤光栅应变传递效率理论模型，分别讨论了轴向应变和温度变化对的波长的影响，对光栅的中间粘接层进行了受力分析，讨论各种粘贴系数对应变传递效率的影响，并对光栅粘贴方式进行实验研究。
研究超磁致伸缩材料的磁致应变特性，介绍测量磁致伸缩系数的不同方法，提出了一种光纤光栅法，利用探测线圈和光纤光栅在脉冲磁场下测量磁致伸缩系数。
本方法的基本思路是确保探测线圈和光纤光栅在相同的磁场条件下进行同步测量。
完成对光纤磁场传感器的应用需求分析，对传感探头结构进行了实用性设计，同时设计了通电线圈作为磁场发生器，并利用COMSOL Multiphysics软件对通电线圈进行仿真，验证所产生的磁场均匀度和磁场强度大小是否满足实验需求。
在此基础上搭建了光纤光栅磁场传感系统并进行实验研究，采用双光栅温度补偿方案消除温度对光纤波长变化的影响，最终得到不同磁场强度下仅由磁致伸缩引起的光栅波长变化量。
关键词：光纤光栅，磁致伸缩，磁场传感器，温度补偿，COMSOL Multiphysics华中科技大学硕士学位论文AbstractIn engineering applications, the measurement of magnetic fields in the electrically insulated working environment and the measurement of weak magnetic field signals are gradually increasing. The use of optical fiber as the transmission medium, has significant advantages such as anti-electromagnetic interference and high resolution. The fiber grating magnetic field sensor based on the giant magnetostrictive material can be well applied in the magnetic flux leakage and weak magnetic environment. The sensing principle of this magnetic field sensor is the combination of the magnetostrictive material and the fiber grating, The magnetic field is measured by the change of the strain of the magnetostrictive material caused by the magnetic field.In this paper, the optic-fiber magnetic field sensor is designed. The giant magnetostrictive material is combined with the fiber grating sensor. The magnetic induction intensity is measured by monitoring the wavelength deviation of the fiber. The transfer principle of the grating strain and the magnetostrictive effect were analyzed. The magnetostrictive coefficient of the giant magnetostrictive material was measured under the pulsed magnetic field. The magnetostrictive linear range was found for practical measurement. The sensing probe and the energized coil used as magnetic field generator were designed. The sensor system implements a double-grating temperature compensation scheme to eliminate the effect of the temperature on the wavelength variation of the optical fiber, and ultimately the corresponding magnetic field strength caused only by the magnetostriction was obtained.In the thesis, the development of magnetic field measurement technology and several different magnetic field measurement principles are introduced. Different types of optical fiber sensors currently used in magnetic field measurement fields are compared, and the research status of optical fiber magnetic field sensors at home and abroad are discussed.华中科技大学硕士学位论文The theoretical analysis of the sensing principle of the optical fiber sensor is conducted . The effects of the axial strain and the temperature change on the wavelength are discussed. The force analysis was performed on the middle adhesive layer of the grating. The influence of various sticking factors on the transmission efficiency is considered. And the relationship between the wavelength variation of the grating and the magnetic field intensity is deduced.The experimental preparation for the optical fiber sensor is prepared, A practical structure of the sensor probe and a feasible paste method for the fiber are designed; The structure of electric coil is modelled with the COMSOL Multiphysics software.Different methods of measuring the magnetostriction coefficient is introduced; An experimental method worked in the pulsed magnetic field is proposed. The basic idea is to ensure that the detection coil and the fiber grating perform simultaneous measurements under the same magnetic field conditions. The induced electromotive force was measured by the detection coil, then the magnetic induction intensity was integrated. The magnetostrictive deformation was measured by the fiber grating to obtain a magnetostrictive coefficient corresponding to the magnetic induction intensity.A double-grating temperature compensation scheme is designed for the linear region of magnetostriction. A temperature-compensated grating is placed next to the magnetic field measurement grating, and the wavelength change of the two gratings at different magnetic field strengths is acquired. Mathematical operations are performed to eliminate the temperature errors, and the linear relatiosnship between the wavelength variation and the magnetic field intensity is obtained.Keywords:Fiber bragg grating, Magnetostrictive, Magnetic field sensor, Temperature compensation, COMSOL Multiphysics华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)1 绪论 (1)1.1 磁场测量技术的发展 (1)1.2 光纤磁场传感器研究现状 (3)1.3 选题背景及意义 (8)1.4 本文的主要研究内容 (9)2 光纤光栅应变传递效率研究 (11)2.1 光栅应变传递理论 (11)2.2 光栅应变传递受力模型仿真分析 (14)2.3 光纤光栅应变传递的实验研究 (20)2.4 本章小结 (23)3 超磁致伸缩材料的磁致应变特性研究 (25)3.1 超磁致伸缩材料有限元仿真 (25)3.2 光纤光栅法测量磁致应变特性 (28)3.3 脉冲磁场放电测量实验 (32)3.4 磁致伸缩系数测量结果与分析 (35)华中科技大学硕士学位论文3.5 本章小结 (37)4 光纤光栅磁场传感器的实验研究 (38)4.1 光纤光栅磁场传感器理论分析 (38)4.2 FBG磁场传感系统的设计 (39)4.3 双光栅温度补偿实验 (45)4.4 实验结果和数值分析 (48)4.5 FBG磁场传感器性能测试 (49)4.6 本章小结 (50)5 总结与展望 (52)致谢 (54)参考文献 (55)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 磁场测量技术的发展磁场是最早被人类发现的物理现象之一，早在古代的炼铁中，就有着天然磁石之间的排斥或相吸现象，人们发现由天然磁石做成的小磁块会沿着南北方向自发旋转。
几何结构对Ｆｅ薄膜反常能斯特效应的影响
第３９卷 第１期 ２０２４年３月 西 南 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０２４ＤＯＩ：１０．２００３６／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１ ８７５５．２０２４．０１．００６收稿日期：２０２３－０５－１０；修回日期：２０２３－０６－１５基金项目：国家自然基金青年项目（１１３０４２５５）作者简介：第一作者，张志忠（１９９６—），男，硕士研究生，Ｅ ｍａｉｌ：ｍ１８５１０３１６７７３＠１６３．ｃｏｍ；通信作者，张小伟（１９８０—），男，副教授，研究方向为热电材料，Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｉａｏｗｅｉ＠ｓｗｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ几何结构对Ｆｅ薄膜反常能斯特效应的影响张志忠 张小伟（西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室 四川绵阳 ６２１０１０）摘要：反常能斯特效应（ＡｎｏｍａｌｏｕｓＮｅｒｎｓｔｅｆｆｅｃｔ，ＡＮＥ）是一种利用磁性材料进行热电转换的效应。
利用磁控溅射方法在Ｓｉ基底上沉积生长Ｆｅ薄膜，探究了薄膜的厚度及几何尺寸对反常能斯特效应的影响。
结果表明：Ｆｅ薄膜的厚度越小，ＡＮＥ越明显，当薄膜厚度增加到５０ｎｍ以上时，ＡＮＥ趋于不变，这与Ｆｅ薄膜电阻率随厚度的变化规律一致；在温差一定时，反常能斯特电压和Ｆｅ薄膜的宽长比成正比，即薄膜越宽电压信号越强，但在单位宽度下薄膜产生的反常能斯特电压维持不变，说明薄膜的几何尺寸对ＡＮＥ有较大的影响。
研究结果对反常能斯特效应相关器件设计具有指导意义。
关键词：反常能斯特效应 热电效应 磁控溅射 Ｆｅ薄膜中图分类号：ＴＮ３７７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－８７５５（２０２４）０１－００３８－０６ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＧｅｏｍｅｔｒｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅＡｎｏｍａｌｏｕｓＮｅｒｎｓｔＥｆｆｅｃｔｏｆＦｅＴｈｉｎＦｉｌｍｓＺＨＡＮＧＺｈｉｚｈｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｗｅｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｒｉｅｎｄｌｙＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎｏｍａｌｏｕｓＮｅｒｎｓｔｅｆｆｅｃｔ（ＡＮＥ）ｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｕｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ．ＴｈｅＦｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗｅｒｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｎｄｇｒｅｗｏｎＳｉｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｙｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓｉｚｅｏｎＡＮＥ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｔｈｉｎｎｅｒＦｅｆｉｌｍｈａｓｓｔｒｏｎｇｅｒＡＮＥ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｆｉｌｍｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｕｐｔｏｍｏｒｅｔｈａｎ５０ｎｍ，ｔｈｅＡＮＥｔｅｎｄｓｔｏｂｅｕｎｃｈａｎｇｅｄ．ＴｈｉｓｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆＦｅｆｉｌｍｖｅｒｓｕｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｓｆｉｘｅｄ，ｔｈｅａｎｏｍａｌｏｕｓＮｅｒｎｓｔｖｏｌｔａｇｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｗｉｄｔｈｔｏｌｅｎｇｔｈｏｆＦｅｆｉｌｍｓ，ｔｈａｔｉｓ，ｔｈｅｗｉｄｅｒｆｉｌｍｈａｓａｓｔｒｏｎｇｅｒｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅａｎｏｍａｌｏｕｓＮｅｒｎｓｔｖｏｌｔａｇｅｒｅｍａｉｎｓｕｎｃｈａｎｇｅｄａｔａｕｎｉｔｗｉｄｔｈ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｆｉｌｍｇｅｏｍｅｔｒｙｈａｓａｇｒｅａｔｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎＡＮＥ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｍａｙｇｕｉｄｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｎＡＮＥｄｅｖｉｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡｎｏｍａｌｏｕｓＮｅｒｎｓｔｅｆｆｅｃｔ；Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；Ｆｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓ １９世纪２０年代，塞贝克发现了热电效应，它反应了热流和电荷流的耦合，在温度计、发电机和冷却器中得到应用。
稀土超磁致伸缩功能薄膜材料的特性及应用研究进展
端 技术 、 军事 、 业制 造等 方 面 的发展 起 了重 要 的推 工
动 作用 。
３ 稀 土超磁 致伸缩功能 薄膜的应用
稀 土 超 磁致 伸 缩 功 能 薄 膜 材 料 的 优 点 决 定 了
但 这个 偏移 与基 片 的 位 置 有关 ， 过 控 制基 片 的位 通 置可得 到所 需 成 分 的膜 ；Ｐ法 沉 积 速 度最 高 ， 是 Ｉ 但 会 引起 膜 与靶材 之 间 明显 的 成 分偏 离 ， 且 这 种偏 并 离 没有 控制 。由于成 分 是稀 土超 磁致 伸缩 功 能薄 膜
的卓 越性 能 引起 人 们 的极 度 重 视 ， 国外 于 ２ ０世 纪
９ 代在 制 动 器 、 动器 、 感 器 等 领 域 迅 速 开 发 ０年 振 传
了近千 种稀 土超 磁 致 伸 缩 功 能 薄膜 应 用 器 件 ， 尖 对
伸 缩功 能薄 膜 的质量 最好 ， 然其 成分 会 发生偏 移 ， 虽
２ 稀土超磁 致伸 缩功能薄膜 的特点
稀 土超 磁致 伸缩 功能 薄 膜材 料 除 了具有 基体 材 料 的所有 特 点 以 外 ， 具 有 ： 最 大 优 势 是 器 件 微 还 ① 型化 ， 它能 作 为执 行 机构 与其 它 微 型 传 感 元 件 、 信 息处 理元 件 和 控 制 元 件 组 合 ， 现 集成 化 ； 实 ② 用稀 土超 磁致 伸缩 功 能薄 膜制 成 的元器 件 的驱 动是 无接 触式 的 ， 外加 磁 场 驱 动 ； 稀 土超 磁 致 伸 缩 靠 ③ 功能 薄膜 比基 体材 料 位移 量大 ｌ ］虽 然 稀土 超 磁致 ＿ ， 】 伸缩 功能 膜材 料 的应 变值 比基 体 材 料 小 ， 利用 稀 但 土超 磁致 伸缩 功能 薄 膜韧性 制 成 的可 弯元 件 能将其
热处理对TbDyFe薄膜性能的影响
１ 引 言 §
随 着微 机械 系 统 的发 展 ， 微 制 动 器 领 域 有 在
巨大 前 景 的巨磁 致伸 缩 薄膜 材料 也得 到 了迅 猛发
预期 的 比例 ， 靶材 的 面积 比是 Ｓ 土 ： 铰＝１ ８ 稀 Ｓ ０： ． 采 用单 晶 Ｓ 衬 底 ， 底 真 空小 于 １ Ｏ Ｐ ．溅 ｉ 本 ×１ ａ
采用 Ｘ Ｄ（ ８Ａｄ ａ ｃ 型 ） 法 分 析 了薄 膜 Ｒ Ｄ ｖｎｅ 方 的结构 ， 用 Ｆ — Ｅ （Ｓ ７ ０ Ｆ） 采 Ｅ Ｓ Ｍ Ｊ Ｍ－ ０ １ 观察 了 薄 膜 的表 面形 态 ．薄 膜 的成 分 由 Ｅ Ｘ 给 出．室 温 下 Ｄ 的磁 特 性 由 ＶＳ （ Ｍ— Ｍ２ ５ ＨＧ 测 试 给 Ｍ Ｔ ＶＳ Ｏ ０ Ｃ） 出．样 品 由 金 刚 石 切 割 ．测 量 了 样 品 的 矫 顽 力
２ 钢铁 研 究 总 院 功 能材料 研 究所 ， 京 １０ ８ ） ． 北 ０ ０ １
摘 要 ： 用磁控溅射方法 利用镶嵌靶材制 备非 晶 Ｔ Ｄ Ｆ 采 ｂ ｙ ｅ薄 膜 ， 后 分 别 在 １ ０ ３ ０ ４ ０ ５ ０ ℃ 下 退 火 ， 究 了 然 ５ ， ０ ，５ ，５ 研
热 处 理 对 Ｔｂ ｙ ｅ 膜 性 能 的影 响 ．结 果 显 示 ，５ ＤＦ 薄 ５ ０℃ 温 度 下 退 火 的样 品 出 现 Ｒ ｅ 相 ．随 着 退 火 温 度 的 升 高 ， 粒 逐 渐 Ｆ２ 晶 长 大 ， 洞 网 络 变 短 而 宽．薄 膜 的磁 特性 显示 ， 矫 顽 力 及 矩 磁 比均 在 出现 Ｒ ｅ 相 的 ５０ ℃退 火 的 样 品 中达 到 最 大 值 ． 空 其 Ｆ２ ５
收 稿 日期 ：０ ２０ －６ 修 改 日期 ：０ ２０—２ ２ １ －１１ ； ２ １—３２ 作者简 介 ： 晓明（９７ ）男 ， 东莒县人 ， 李 １７－ ， 山 曲阜 师 范 大学 物理 工 程 学 院 讲 师 ， 士 ， 硕 主要 从 事 电 磁 学 实 验 教 学 以及 有
基片表面状态对Pb1-xGexTe薄膜红外光学性能的影响
关键 词： ｂ－ Ｇ ｅ Ｐ １ｘ ｅＴ ；表 面状态；红外 薄膜 ；光 学常数 （， ｎ） ｋ 中图分 类号 ： Ｔ ２３ 文献 标识码 ： Ａ Ｎ １ ＤＯ ： １． ６／ ｉｎ１７—７５ ００ ９ ０ Ｉ ０ ９９ｊｓ ． ２８８． １． ． ４ ３ ．ｓ ６ ２ ００
２ 实 验
将用布里 奇曼熔体 法 生长得到 的 Ｐ １ｘ ｅ ｂ－ Ｇ
它与基 片和 其它膜 层 能够 牢 固结合 ，其折 射 率 等光学特性受环境温度变化 的影响较小， 优 良 是
收稿 日期 ：２ １－ ５ ６ ００ ０￣｝
Ｔ 晶体作为 蒸发沉积 用 的膜层 材料 ，其 中 Ｘ值 ｅ
摘 要：在 高真 空中用 热蒸发 的方 法 沉积 了碲 锗铅 （ｂ一 Ｇ ｅ 薄膜 。分析 了基片表 Ｐ ｅＴ ） 面状态 （ 粗糙度 、晶 向、温度） 对膜 层结构 和红外 光学特性 的影 响， 现光 滑表 面容 易得 发 到致 密膜 层 和 高红 外折射 率；随着 沉积温度 的增加 ，膜 层 的短波 吸收边 （ 往长波方 ）
文章 编 号 ： １７—７５２ １）９ ０４ ４ ６２８８（０００— １ ０ ０ －
基 片表 面状 态 对 Ｐｂ 一Ｇｅ Ｔ 薄 膜 １ ｅ 红 外 光 学 性 能 的影 响
谢 平 李 斌 张素英 刘 定权
（ 国科 学 院 上海 技 术 物理 研 究 所 ，上 海 ２０８） 中 ００３
Ｉ ｆｕ ｎｃ ｆ Ｓｕｂｓ ｒ ｔ ｒ ａ ｅ Ｓｔ ｔ ｎ Ｉ ｒ ｒ ｄ Ｏｐｔ ｃ ｌ ｎ ｅ ｅｏ ｌ ｔ ａ ｅ Ｓｕ ｆ ｃ ａ ｕｓ ｏ ｎｆ ａ ｅ ｉａ
Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｓ ｏｆＰｂｌ ｅ Ｔｅ Ｆｉｍ ｓ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ 一Ｇ ｌ
《两种铁磁-铁电复合薄膜磁电耦合效应》范文
《两种铁磁-铁电复合薄膜磁电耦合效应》篇一两种铁磁-铁电复合薄膜磁电耦合效应一、引言近年来，铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应已成为材料科学研究领域的热点。
此类复合薄膜集成了铁磁材料和铁电材料的特性，具有独特的物理性质和潜在的应用价值。
本文将重点探讨两种不同类型的铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应，分析其工作原理、性能特点以及应用前景。
二、铁磁/铁电复合薄膜的基本原理铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应源于其内部的微观相互作用。
铁磁材料具有磁性，而铁电材料具有电性，两者在复合薄膜中相互影响，产生磁电耦合效应。
这种效应使得复合薄膜在磁场和电场的作用下，表现出特殊的物理性质。
三、两种铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应（一）第一种复合薄膜第一种铁磁/铁电复合薄膜主要由铁磁材料和铅锌铌酸盐（PZN）等铁电材料组成。
在这种复合薄膜中，铁磁材料和铁电材料通过界面相互作用，产生磁电耦合效应。
当外加磁场作用于薄膜时，铁磁材料的磁矩发生变化，进而影响铁电材料的极化状态，从而产生电场。
反之亦然，当外加电场作用于薄膜时，也会影响铁磁材料的磁矩。
这种磁电耦合效应使得该类复合薄膜在传感器、存储器等领域具有广泛的应用前景。
（二）第二种复合薄膜第二种铁磁/铁电复合薄膜则采用其他类型的铁电材料，如铋铁氧体（BiFeO3）等。
与第一种薄膜相比，这种复合薄膜具有更高的磁电耦合系数和更好的稳定性。
其工作原理与第一种类似，但具体的材料特性和性能参数有所不同。
该类复合薄膜在高频器件、微波器件等领域具有潜在的应用价值。
四、实验研究及结果分析本文通过制备两种不同类型的铁磁/铁电复合薄膜，对其磁电耦合效应进行了实验研究。
首先，我们采用合适的制备工艺，分别制备出两种复合薄膜样品。
然后，通过测量样品在不同磁场和电场作用下的电阻、电容等参数，分析其磁电耦合效应。
实验结果表明，两种复合薄膜均表现出显著的磁电耦合效应，且具有不同的性能特点和应用潜力。
五、讨论与展望通过对两种铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应进行研究，我们发现这类材料具有许多独特的物理性质和潜在的应用价值。
基于磁致伸缩力计算的变压器电磁振动研究
Journal of Electrical Engineering 电气工程, 2021, 9(4), 144-157Published Online December 2021 in Hans. /journal/jeehttps:///10.12677/jee.2021.94016基于磁致伸缩力计算的变压器电磁振动研究卢兰，祝丽花，王前超天津工业大学，电气与电子工程学院，天津收稿日期：2021年11月10日；录用日期：2021年12月9日；发布日期：2021年12月16日摘要众所周知，磁致伸缩是电力变压器铁芯振动的主要原因。
因此，如何实现磁致伸缩效应等效是决定电磁振动计算精度的重要因素。
为了提高铁芯电磁振动的计算精度，本文计算了铁芯的磁致伸缩等效力。
铁芯的磁致伸缩特性是力计算的数据基础。
为此，首先测量了硅钢片的磁化强度和磁致伸缩特性。
在实测数据的基础上，分析了铁芯的磁场，进一步精确计算了铁芯的磁致伸缩等效力。
将等效力和电磁力同时加载到铁芯振动计算中，可得到铁芯电磁振动分析结果。
最后测量了铁芯的振动。
将测量结果与磁致伸缩等效力计算结果和传统初始应变法计算结果进行了比较。
结果表明，仅计算磁致伸缩效应可以提高铁芯电磁振动的计算精度。
关键词有限元计算，磁致伸缩力，联合仿真，铁芯振动Study on Electromagnetic Vibration ofTransformers Based on MagnetostrictiveForce CalculationLan Lu, Lihua Zhu, Qianchao WangSchool of Electrical and Electronic Engineering, Tiangong University, TianjinReceived: Nov. 10th, 2021; accepted: Dec. 9th, 2021; published: Dec. 16th, 2021AbstractIt is well known that magnetostriction is the main cause of vibration of the power transformer core.Therefore, how to achieve magnetostrictive effect equivalence is the important factor that deter-mines the accuracy of electromagnetic vibration calculation. To improve the calculation accuracy卢兰等of electromagnetic vibration of iron cores, the magnetostrictive equivalent force of the iron core is calculated separately in this paper. The magnetostrictive property of the iron core is the data basis for force calculation. Therefore, the magnetization and magnetostrictive characteristics of silicon steel sheets are measured firstly. Based on the measured data, the magnetic field of iron core is analyzed, and then the magnetostrictive equivalent force of the iron core is further calculated precisely. The equivalent force and electromagnetic force are simultaneously loaded into the calculation of iron core vibration, and the results of core electromagnetic vibration analysis can be obtained. And the vi-bration of the core is measured at last. The measured results are compared with the results of calcu-lation that include two parts, one is calculated with magnetostrictive equivalent force and the other with the traditional initial strain method. The results showed that the calculation accuracy of elec-tromagnetic vibration of the iron core can be improved by calculating the magnetostrictive effect alone.KeywordsFinite Element Calculation, Magnetostrictive Force, Joint Simulation, Iron Core VibrationThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言电力变压器是电力系统的重要设备，随着现代科技的快速发展和城市用电量的增加，变压器的电压等级和容量也相应提高，由此导致的振动噪声问题也日益突出。
超磁致伸缩材料ΔE效应理论建模与试验研究
超磁致伸缩材料ΔE效应理论建模与试验研究李波; 朱彦超; 舒亮; 陶孟仑; 杨家斌【期刊名称】《《功能材料》》【年(卷),期】2019(050)010【总页数】7页(P10001-10007)【关键词】超磁致伸缩; Terfenol-D; ΔE效应; Jiles-Atherton模型; 磁弹性效应【作者】李波; 朱彦超; 舒亮; 陶孟仑; 杨家斌【作者单位】武汉理工大学智能制造与控制研究所武汉 430063; 温州大学浙江省低压电器智能技术重点实验室浙江温州 325027【正文语种】中文【中图分类】TB34; TH1420 引言超磁致伸缩材料(GMM，商业牌号Terfenol-D)由于其响应速度快、能量密度高以及磁致伸缩系数大等优点，在振动控制、精密定位以及智能材料电静液作动器等领域具有重要应用[1-2]。
GMM在外部激励作用下可实现磁场和机械场之间的能量传递，其在外加应力场作用下磁化，在外加磁场作用下发生机械变形。
这种耦合所产生的变形直接导致了材料的有效弹性模量依赖于外加应力和磁场的变化，这种现象称为ΔE效应[3]。
虽然ΔE效应在超磁致伸缩材料的应力-应变关系中引入了不被期望的非线性，但是由于有效弹性模量可以发生较大改变，因而为变刚度设计、谐振频率主动调控提供了可能。
国外已有学者基于该原理进行了可调谐能量吸收器和变刚度弹簧的研究。
如文献[4-5]利用ΔE效应实现了振动能量吸收器共振频率的静态调节。
文献[6-7]利用ΔE效应设计了一种刚度动态可调的磁致伸缩弹簧。
文献[8]测量了ΔE效应所引起的Terfenol-D轴向弹簧单元的共振频率变化，该变化可实现参量放大或阻抗匹配。
由于ΔE效应是超磁致伸缩材料在应力和磁场的综合作用下所引起的磁矩旋转导致的，其对应力和磁场具有双重依赖性，完整描述其产生机理难度较大。
与激励磁场引起的磁滞现象相类似，外部应力作用在材料内部引起的磁化强度变化，也存在磁滞现象，即宏观磁化强度在相位上与外部应力存在滞后，目前有关这一问题的研究还存在较大难度。
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《 装备 制造 技术 ￣ ０ ７年第 ８ ２０ 期
基 片 对 间 接 耦 合 式 超 磁 致 伸 缩 薄 膜 静 态 磁 化 ， 能 的 影 响 陛
王福吉 ， 贾振元， 全芳瑶 ， 巍 刘
（ 大连理工大学机械工程学院 ， 辽宁 大连 １６ ２ ） １ ０ ４
索应 用 中显 示 出 良好 的前 景 ㈣ 。
究基片性能对薄膜静 、 动态磁致 伸缩性能 的影 响 ， 在制备 问接 耦 合式 超磁致伸缩薄膜 时 ， 采用 了弹性变形能力 、 回弹性能差 异较大的聚酰亚胺 和铜 两种材料分别作 为超磁致伸缩薄膜 的
基 片。
１ 间接 耦 合式超 磁致 伸缩 薄膜 的制 备
关键词 ： 超磁 致伸 缩薄膜 ； 片； 基 磁化性能 中图分类号 ： ７ ＴＭ２ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ５ ５ ２ ０ ）８ ０ ０ — ３ １ ７ — ４ Ｘ（０ ７０ — ０ ３ ０
超磁致伸缩薄膜 是指用非磁性基 片（ 常为硅 、 璃 、 、 通 玻 铜 聚酰 亚胺等 ） 和体磁致伸缩靶 材 ， 采用 闪蒸 、 离子束溅射 、 电离 镀膜 、 直流溅射 、 射频磁控溅射等方法进行镀膜 ， 使其在基片上 形成 具有磁致 伸缩 特性的薄膜材料 ， 当有外 加磁场时 ， 薄膜会 产生变形 ， 带动基片进行偏转或弯曲， 从而达到驱动 目的。 按溅 射合金材料的磁致伸缩特性和作用方式 ， 以将超磁致伸缩薄 可 膜分 为 ： 单层正磁致伸缩 薄膜 、 单层 负磁致伸缩薄膜 以及正负 磁致伸缩材料共同作用 的双层间接耦 合式超 磁致伸缩 薄膜 ， 其 中间接耦合式超磁致伸缩复合膜 的磁致伸缩应变 、 能量密度 以 及高频 响应等性能优于单层磁致伸 缩薄膜的特点使其 成为近 年来超磁致伸缩薄膜领域研究 的新增点 ， 并在微驱动领域 中探
利用振动磁强计得到了研制的铜基片聚酰亚胺基片的间接耦台式超磁致伸缩薄膜的初始磁化曲线碰滞回线等实验曲线并通过数学方法对相应的实验曲线进行了拟合通过上述实验曲线对研制的间接耦合式超磁致伸薄膜的初始化强度饱和磁化强度矫顽力剩磁和各向异性等性能参数进行了系统的分析研究从而得到不同物理性能基片对薄膜性能的影响程度
摘要 ： 间接耦合式超磁 致伸 缩薄膜是一种新兴的具有优异机械物理性能的功能材料 ， 已成 为微 型器件材料 研究的热点之一 。由于是在
弹性基片上通过物理沉积 方法得到该种薄膜材料 ， 因此基片的物理性能对薄膜材料 的磁化性能会产生重要影响。通过对物理性 能差异 较 大的铜 、 聚酰 亚胺 两种 基片的间接 耦合式超磁致伸 缩薄膜的磁化 曲线、 饱和磁 化强度 等进行 实验研究 与分析比较 ， 到不 同物理性 得 能基片对超 磁致伸 缩薄膜特性的影响规律 ， 为进一步制备性能各异的薄膜材料奠 定基础 。
收稿 日期 ：０ ７ ０ — ６ ２ ０ — ６ ０
本质所在 ， 究薄膜的磁化特性 对认识 、 研 了解超磁致 伸缩 薄膜
基金项 目 ： 国家 自然科 学基金资 助项 目（０ ０ ０ ５ ５ ２ ５ ２ ）辽 宁省科学技术 基金资 助项 目（０ ３ １ １ ； 世纪优 秀人才支持计 划资助项 目 ５ ６ ５ ０ ，０ ７ ０ １ ； ２ ０ ２参
数确定 如下 ： 薄膜 制备 采用 Ｉ ５ ０型超 高真空离子束与磁控 ＭＳ ０
溅 射联合镀膜设备。 片的清洗采用有机溶剂清洗与超声波清 基 洗相结合 。将清洗完的基 片用 电吹风吹干 ， 放入 干燥器里干燥 ２ｈ ４ 后在十万分之一精 密电子天平上称重备用。镀膜采用平面 射频磁控溅射 法 ， 分别在 洗净 的聚酰亚胺 基片 、 基片 （ × 铜 长 宽 ×厚为 ４ｍｍ× ０ ５ ２ ｍｍ×５ Ｉｉ） ０ｘｎ 的两侧镀 正 、 负磁 致伸缩合 金材料 ， 厚度均 为 １ ｎ 的间接耦合式 薄膜 ， 中正磁 致伸缩 ｌ Ｘ Ｉ 其 合金靶 材成 分 ｆｂ２ ｙ７４ ｅ７ ｒ０７ ０３３ ５，负磁致伸 缩合金靶材成分为 Ｄ ）Ｆ Ｓ ｅ。所有样 品均在水冷基盘 （０ ｍ×５ ｍｍ） ｍ ２ ５ｍ ０ 上溅射沉积 ， 溅射气体为高纯氩气 （９９ ％）气压为 １ａ 背底真空为 １ × ９ ．９ ， Ｐ， ． ０ １ ａ励 磁电流 ２０Ａ， 射功率 ８ Ｗ， ＯＰ， ． 溅 ０ 靶面与 衬底 的距 离为 ５ｍ， 品真 空热处 理温度 为 ３０Ｃ， ｅ 样 ５ ￣ 升温 速度 为 １ ｓ保温 ℃／，
２ 间接耦 合式超 磁 致伸缩 薄 膜磁化 特 性 的研 究
超磁致伸缩薄膜磁 化状态 的改变是 薄膜磁致伸缩现象 的
材， 分别在基片两侧镀膜。基片材料的物理性 能对超磁致伸缩
薄膜 的应用特性也起着决定性 的作用 ， 求其 具有 非导磁性 和 要 良好 的弹性变形和 回弹性能 ， 其种类也是纷 繁多样 的。为 了研
（ Ｅ Ｃ ０—２５ 。 Ｎ Ｔ 一 ４ ０ ６ ）
作者简介： 王福吉 （９ ４ ）男 ， １７ 一 ， 辽宁大连人 ， 大连理工大学机械工程学院讲师 ， 研究 方向： 功能材料及其器件 、 测试控制。
３
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６ ｍｎ 降温 速 度 １ ｓ ０ ｉ， ℃／。
目前国内外对在基片不 同层分 别溅射正 负超磁 致伸缩合 金材料制备 的间接耦合式超磁致伸缩薄膜 的制备工艺、 磁化性 能的研究较少 。 而薄膜 的磁化性能则是反映薄膜磁致伸缩效应 的关键量 ， 磁化性能 的研究对薄膜进 一步应用研究显得尤为重 要。因此 ， 笔者针对进一步推广间接耦合式超磁致伸缩复合膜 在工程领域 中应用的 目的， 选取它作 为研究对象 ， 分别 以铜 、 对 聚酰亚胺 为基片 的两种 间接耦合式 超磁致伸缩 薄膜的磁化 曲 线、 饱和磁化强度等 方面进行实验研究 与分析 ， 到基片物理 得 性能对超磁致伸缩薄膜 的影 响奠定基础 。 采用 目前 已经商 品化 了的正磁致伸缩效 应合金材料—— （ ｈ２ ｙ７ ４ ｅ 和负磁致伸缩效应合金材料 Ｓ ｅ 作为靶 Ｔ ｎ７ ０３ ３ ５ Ｄ ）Ｆ ７ ｍｌ ２ ９ Ｆ