Hiệu ứng từ tổng hợp trở khổng lồ - GMI, phương pháp chế tạo và ứng dụng

Khãa ln tèt Ngun §øc MỤC LỤC NỘI DUNG Trang Lời cảm ơn Mở đầu Chương - Tổng quan hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ 1.1 Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (GMI) 5 1.1.1 Giới thiệu hiệu ứng GMI 1.1.2 Cấu trúc đơmen vật dẫn từ 1.1.3 Mơ hình giải thích hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ- GMI 11 1.1.4 Hiện tượng tách đỉnh – mơ hình giải thích tượng 16 tách đỉnh 1.2 Vật liệu từ vơ định hình có hiệu ứng GMI cao 19 1.2.1 Vật liệu từ vơ định hình 19 1.2.2 Băng vơ định hình Co 21 1.2.3 Hợp kim từ photpho chế tạo công nghệ điện kết tủa 22 Chương - Thực nghiệm 24 2.1 Công nghệ nguội nhanh chế tạo mẫu 24 2.1.1 Giới thiệu công nghệ nguội nhanh 24 2.1.2 Quy trình chế tạo mẩu 25 2.2 Công nghệ điện kết tủa 26 2.2.1 Lý thuyết chung điện kết tủa 26 2.2.2 Quy trình chế tạo mẩu 30 Chương - Ứng dụng 31 3.1 Ứng dụng c v ật liệu có hiệu ứng GMI 31 3.2 Cảm biến đo dòng GMI sử dụng hiệu ứng GMI 32 3.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến đo dòng GMI 33 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới cảm biến đo dòng GMI 34 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 MỞ ĐẦU Hiệu ứng từ tổng trở - MI (Magneto-Impedance effect) dạng tượng cảm ứng điện từ Bản chất hiệu ứng thay đổi tổng trở xoay chiều Z tác dụng từ trường ngồi Tuy nhiên, thời kì đầu phát hiện, người ta thấy thay đổi tổng trở Z không nhiều, nên hiệu ứng chưa thu hút quan tâm nhà khoa học Đến năm 1994 L.V Panina phát thay đổi lớn tổng trở duới tác dụng từ trường dây dẫn vô định hình Co, gọi hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (Giant magneto-Impedance effect - GMI) Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI thay đổi mạnh tổng trở xoay chiều Z vật liệu từ mềm tác dụng từ trường Hext Để đặc trưng cho hiệu ứng GMI, người ta đưa tỷ số GMIr định nghĩa sau: GMIr  Z (H )  Z Z Z 100%  (H (Hmax ) Z (H max ) max ) 100% Z (H): Tổng trở đo từ trường H Z (Hmax): Tổng trở đo điểm từ trường lớn (của hệ đo) Hiệu ứng GMI mang chất điện từ, kết hợp hiệu ứng bề mặt (đặc trưng độ thấm sâu - ) phụ thuộc độ từ thẩm hiệu dụng (  eff) dây dẫn vào từ trường Hiệu ứng quan sát mạnh vật liệu từ siêu mềm vơ định hình nano tinh thể dạng dây, băng, màng mỏng, với tỷ số GMIr vượt 100% nhiệt độ phòng Trong năm gần đây, nhiều nghiên cứu đạt thành tựu lớn việc nâng cao tỷ số GMIr đưa kết ứng dụng vào chế tạo cảm biến đo từ trường, đo dòng điện với độ nhạy cao, ứng dụng sinh học kỹ thuật đo lường điều khiển Tuy nhiên, để tăng hiệu sử dụng vật liệu dựa hiệu ứng GMI cần nghiên cứu chất, chế hiệu ứng khả ứng dụng Ở Việt Nam, hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI bắt đầu nghiên cứu từ năm 2001 đến Phòng thí nghiệm Vật liệu từ vơ định hình Nano tinh thể, Viện Vật lý kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà Nội Các kết nghiên cứu tập trung hệ vật liệu từ siêu mềm đại: Vơ định hình Co nano tinh thể Fe (finemet) chế tạo công nghệ nguội nhanh công nghệ điện kết tủa với tỷ số GMIr 200% Luận văn tiến hành với đề tài: “Hiệu ứng từ tổng trở khổnglồ -GMI, phương pháp chế tạo ứng dụng” dựa sở kết nghiên cứu phát triển Mục tiêu luận văn là: Nghiên cứu hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ-GMI Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu từ mềm Co có hiệu ứng GMI cao công nghệ nguội nhanh điện kết tủa Nghiên cứu ứng dụng vật liệu từ mềm có hiệu ứng GMI vào đời sống kỹ thuật Luận văn gồm chương chính: Chương 1: Tổng quan hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ-GMI Giới thiệu hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ- GMI Vật liệu từ mềm cho hiệu ứng GMI cao Chương 2: Phương pháp chế tạo Công nghệ chế tạo băng vô định hình dây Chương 3: Ứng dụng Chương Tổng quan hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ 1.1 Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (GMI) 1.1.1 Giới thiệu hiệu ứng GMI Khi cho dòng điện xoay chiều có tần số ω chạy qua dây dẫn có từ tính, dòng điện sinh từ trường biến thiên Ht vng góc với dây dẫn (hình 1.1) Từ thông sinh biến thiên Ht làm xuất dây ’ dẫn dòng điện cảm ứng i có tác dụng chống i=Ioe it i' Ht lại biến thiên từ trường Ht Mặt khác Ht từ hóa dây theo phương ngang làm xuất độ từ thẩm theo phương ngang t Khi ta đưa từ trường ngồi Hext chiều song song với Hình 1.1 Tổng trở dây dẫn có từ tính trục dây dẫn từ trường làm thay đổi q trình từ hố theo phương ngang, tức thay đổi độ từ thẩm hiệu dụng theo phương ngang t nên tổng trở dây dẫn thay đổi (tổng trở giảm) Tổng trở Z dây dẫn từ tính có dòng điện xoay chiều tần số  chạy qua tác dụng từ trường chiều Hext đặt dọc theo trục dây dẫn xác định theo biểu thức sau: Z (, Hext ) □ t (, Hext ) (1.1) Trong đó: t độ từ thẩm hiệu dụng theo phương ngang dây dẫn hàm tần số từ trường ngoài, ω tần số dòng điện đặt vào dây dẫn Cơng thức (1.1) cho thấy hiệu ứng GMI (Giant Magneto - impedance effect) thay đổi mạnh tổng trở Z vật dẫn có từ tính tác dụng từ trường ngồi Hext dòng điện có tần số cao () Để đặc trưng cho hiệu ứng GMI, người ta đưa tỷ số GMIr định nghĩa sau: GMIr  Z Z Z (H )  Z (Hmax ) (Hmax ) 100%  100% (1.2) Z (Hmax ) Z (H): Tổng trở đo từ trường H Z (Hmax): Tổng trở đo điểm từ trường lớn (của hệ đo) Cơ chế hiệu ứng GMI có chất điện - từ giải thích lý thuyết điện động lực học cổ điển Theo L.V.Panina chất điện từ hiệu ứng GMI kết hợp hiệu ứng bề mặt phụ thuộc độ từ thẩm hiệu dụng (  eff) dây dẫn vào từ trường [7] Bản chất hiệu ứng làm rõ phân tích thông số ảnh hưởng đến thay đổi tổng trở vật liệu Như biết độ từ thẩm hiệu dụng t theo phương ngang hàm tần số ω từ trường Hext Đối với vật dẫn phi từ   1, từ trường tác động lên độ thẩm từ gần không đáng kể, bỏ qua Do tổng trở chúng thay đổi theo tần số Nhưng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn (  10 ,) độ từ thẩm thay đổi mạnh theo từ trường tần số, kéo theo thay đổi mạnh tổng trở Z từ trường tần số thay đổi Như vậy, hiệu ứng GMI phụ thuộc vào thay đổi độ từ thẩm theo tần số dòng điện chạy qua dây dẫn từ trường ngồi Mặt khác hiệu ứng GMI liên hệ đến hiệu ứng bề mặt (đại lượng đặc trưng cho hiệu ứng bề mặt độ thấm sâu - ) Ở tần số cao, độ thấm sâu  nhỏ, dòng điện phân bố lớp mỏng bề mặt dây dẫn có nghĩa dòng điện bị cản trở mạnh (tổng trở lớn) ngược lại Lý thuyết thực nghiệm cho thấy  phụ thuộc vào tần số dòng điện chạy qua dây dẫn, tính chất từ vật liệu từ trưòng ngồi đặt vào vật dẫn theo biểu thức sau:  2  (1.3) Mối liên hệ độ thấm sâu bề mặt , độ từ thẩm  từ trường Hext thể hình 1.2 Khi từ trường ngồi Hext tăng độ từ thẩm  giảm dẫn tới độ thấm sâu bề mặt tăng ngược lại r m (m)  r Hext m m a Hext = Hexto o Hình 1.2 Mối liên hệ độ từ thẩm độ thấm sâu bề mặt với từ trường ngồi Ngồi ra, có mặt từ trường ngồi Hext từ trường ngang Ht dòng cao tần sinh ra, làm thay đổi q trình từ hố (quá trình dịch vách trình quay vectơ từ độ) vật dẫn từ mềm, dẫn tới thay đổi độ dầy thấm sâu bề mặt  Do độ lớn thay đổi tổng trở (Z) thay đổi, dẫn tới ảnh hưởng tới hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI Các kết nghiên cứu cho thấy dây dẫn đồng có bán kính a hiệu ứng GMI đạt giá trị lớn độ thấm sâu   a, dây dẫn gồm lớp màng từ tính có chiều dày r bao xung quanh lõi phi từ có bán kính r hiệu ứng GMI đạt giá trị lớn   r [19] 1.1.2 Cấu trúc đômen vật dẫn từ 1.1.2.1 Cấu trúc đômen vật dẫn từ chưa đặt từ trường Như đề cập trên, hiệu ứng GMI liên hệ mật thiết đến q trình từ hố vật dẫn từ trường, tức liên quan tới cấu trúc vi mô vật dẫn từ Theo kết nghiên cứu, cấu trúc vi mô vật dẫn từ tổng trở phụ thuộc vào độ từ giảo, ứng suất nội ngoại tác động lên vật liệu Hình 1.3 thể sơ đồ cấu trúc đơmen lõi vỏ dây dẫn vơ định hình chưa có từ trường ngồi đặt vào Với vật liệu có số từ giảo dương, đơmen lớp vỏ ngồi dây có dạng xuyến tròn gọi đơmen vòng (hình 1.3 a) Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc đơmen lõi vỏ dây vơ định hình a, Dây có số từ giảo dương (vật liệu VĐH Fe) b, Dây có số từ giảo âm (vật liệu VĐH Co) Đơmen vòng làm xuất lượng khử từ, lượng giảm dần theo chiều từ bề mặt vào lõi Do tồn đơmen vòng bề mặt lõi dây nên trục dễ từ hoá nằm dọc theo trục dây vng góc với trục dây Vì vậy, momen từ tạo với trục O O dây góc 90 Hiện tượng từ giảo âm nguyên nhân sinh cấu trúc đơmen với trục dễ từ hố dạng vòng (hình 1.3b) [11, 12] 1.1.2.2 Q trình từ hóa vật dẫn từ Hình 1.4 Q trình từ hoá xảy vật liệu sắt từ Khi từ trường ngồi khơng, từ độ đơmen đạt giá trị bão hòa, song chúng định hướng ngẫu nhiên nên mơmen từ tổng cộng tồn vật sắt từ không: MS.Vi = Dưới tác động từ trường ngồi mơmen từ đômen xếp lại hướng theo từ trường ngồi làm cho mơmen từ tổng cộng vật tăng Khi tất mômen từ đômen song song với từ trường ngồi, mẫu đạt bão hòa từ (hình 1.4) Quá trình gọi trình từ hố, bao gồm hai q trình q trình dịch vách trình quay vectơ từ độ *Q trình dịch vách đơmen Xét hai đơmen A B (gọi đơmen 180 độ véctơ M đối song hướng theo phương dễ từ hóa) Vách đơmen vng góc với trục x dịch chuyển theo trục x Mật độ lượng vách hàm x phức tạp, biểu diễn đường cong có cực trị  =  (x) Tốc độ biến thiên lượng vách có dạng đường cong phức tạp phụ thuộc vào x Hình 1.5 Q trình dịch vách đơmen Nếu đặt từ trường ngồi H song song với trục Z đơmen A phát triển, vách dịch sang phải lấn chiếm đơmen B Khi dịch sang phải, thể tích đomen A tăng: VA = y.z.x (với x: độ dịch chuyển) (1.4) Năng lượng từ giảm (1.5) EM = O.H.MS y.z.x Năng lượng vách tăng  E = y.z.x x Điều kiện cân là: EM = E hay O.H.MS = (1.6)  x (1.7) Điều có nghĩa tác động từ trường H, vách chuyển dời đại lượng x cho lượng từ (H.MS) biến thiên  lượng Nếu x < xC, loại bỏ H, vách trở vị trí ban đầu (có q trình x thuận nghịch) Nếu x > xC, vách dịch chuyển sang phải điểm xD hàm lượng P chúng trở nên yếu giòn Khi xử lí nhiệt hợp kim chứa hàm o lượng P cao 800 C làm độ bền tăng tính giòn so với hợp kim ban đầu Trong vật liệu chế tạo phương pháp điện kết tủa độ bền kéo có vai trò quan trọng Sự có mặt photpho thành phần hợp kim chế tạo phương pháp điện kết tủa nguyên nhân dẫn đến việc tăng độ bền kéo Ví dụ, với hợp kim điện kết tủa chứa khoảng 1-2% P độ bền kéo lớn nhiều so với kim loại Co – khoảng 2500kg/cm Tuy nhiên độ bền kéo dễ dàng nhận với hợp kim chế tạo với độ dày 1mm tăng độ dày lên dễ xảy tượng đứt gãy tự phát Độ bền kéo hợp kim điện kết tủa bị giảm mạnh số nguyên nhân có mặt thành phần hữu trình chế tạo Hợp kim phốtpho chất có độ bền ăn mòn cao, đặc biệt môi trường axit Hợp kim CoP có Hc thấp, có μ cao Các tính chất điện từ hợp kim CoP tốt so với Co nguyên chất Đồng thời tính chất từ lớp màng CoP phụ thuộc mạnh vào hàm lượng P Chương Phương pháp chế tạo 2.1 Công nghệ nguội nhanh 2.1.1 Giới thiệu công nghệ nguội nhanh Công nghệ nguội nhanh phương pháp chế tạo hợp kim vô định hình quan trọng phương pháp có suất cao (vài chục mét băng giây), sản phẩm tạo có kích thước lớn (cho phép chế tạo băng VĐH rộng tới 150 – 200 mm), có ý nghĩa việc ứng dụng vào thực tế ¸p suất Vòng cảm ứng VAN Hợp kim lỏng Vòi phun Băng VĐH Ar Hỡnh 2.1 S thit b ngui nhanh đơn trục Hình 2.1 mơ tả sơ đồ thiết bị công nghệ nguội nhanh: Kim loại nung chảy nồi nung dòng điện cảm ứng cao tần, sau áp suất khí Ar đẩy kim loại nóng chảy qua vòi phun (gắn liền với nồi nung) lên môi trường làm lạnh Môi trường làm lạnh thường hai trống đồng làm đồng đỏ quay nhanh Khi tia kim loại lỏng khỏi vòi phun, gặp bề mặt trống đồng, bị dàn mỏng, nhiệt nhanh chóng, đơng cứng tức thời (trong thời gian 1/1000 giây) văng dạng băng mỏng (25-30μm) liên tục Vì q trình đơng cứng xảy trước q trình kết tinh nên băng mỏng băng hợp kim vơ định hình hay gọi thủy tinh kim loại [10] 2.1.2 Quy trình chế tạo mẫu Băng vơ định hình CoFeBSi chế tạo công nghệ nguội nhanh theo sơ đồ sau: Hình 2.2 Sơ đồ chế tạo mẫu công nghệ nguội nhanh Nguyên liệu ban đầu CoFeBSi chuẩn bị với thành phần hợp thức nguyên tố tương ứng 68: 4, 5: 12, 5: 15 Các băng VĐH thu có độ dày cỡ 20 - 30 μm chiều rộng cỡ - cm (hình 2.3) Để khảo sát ảnh hưởng hình dạng mẫu băng lên hiệu ứng GMI, mẫu nghiên cứu chế tạo với chiều dài từ cm đến cm, chiều rộng từ 0,1 mm đến mm, chiều dày khoảng 25 μm đến 40 μm Mẫu tạo với dạng thẳng dạng lò xo Ngồi ra, q trình xử Hình 2.3 Băng vơ định hình CoFeBSi chế lý nhiệt tiến hành để khảo tạo công nghệ nguội nhanh sát ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên hiệu ứng GMI băng vơ định hình 2.2 Cơng nghệ điện kết tủa 2.2.1 Lý thuyết chung điện kế 2.2.1.1 Qúa trình điện kết tủa Quá trình điện kết tủa trình phủ lên vật mẫu lớp kim loại thơng qua dung dịch điện ly Mục đích q trình để tăng thêm tính chất bề mặt vật liệu ban đầu để bảo vệ chúng khỏi tác động mơi trường bên ngồi Q trình điện kết tủa bao gồm hai trình: Quá trình khử xảy bề mặt Catot Me n+ + ne → Me (2.1) Q trình oxy hóa xảy bề mặt Anot Me –ne → Me n+ H2O – 4e → O2 + H (2.2) + (2.3) Trong qúa trình điện kết tủa, ion dương nhận điện tử bề mặt Catot để tạo thành nguyên tố bám bề mặt Catot Trong dung dịch, điện điện cực tĩnh tính cơng thức: S E = E + RTlnα/nF (2.4) Công thức áp dụng cho trình cân thuận nghịch Do trình điện kết tủa xảy phản ứng thuận nên công thức (2.4) sử dụng để xác định điện trình kết tủa Do đó, điện kết tủa xác định thông qua công thức sau: d E = E + RTlnα/nF + ΔE = S E với α E + ΔE hoạt độ cation trình điện kết tủa giá trị điện điện cực cân ΔE1 độ phân cực điện trình kết tủa 2.2.1.2 Điện kết tủa hợp kim (2.5) Trong trình tạo hợp kim, điều kiện trình kết tủa phức tạp nhiều Đặc biệt, để kết tủa hợp kim (hai nguyên, ba nguyên ), loại cation phải dung dịch điện ly có giá trị điện kết tủa gần tương đương d d E1 = E E1 + RTlnα1/n1F + ΔE = 0 E2 + RTlnα2 /n2F + ΔE2 (2.6) Công thức (2.6) giá trị điện kết tủa nguyên tố thay đổi cách: - Thay đổi hoạt độ ion: Đây kết việc thay đổi nồng độ ion dung dịch thay đổi trình tạo phức chúng - Thay đổi độ phân cực Catot, mật dộ dòng… 2.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình điện kết tủa Trong trình điện kết tủa có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng lớp mạ như: Độ pH, mật độ dòng điện, tốc độ khuấy, nhiệt độ, thời gian điện kết tủa… Mỗi dung dịch đòi hỏi chế độ điện phân thích hợp nhằm thu lớp màng yêu cầu đặt * Mật độ dòng điện Mật độ dòng điện cao thu lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, đồng lúc mầm tinh thể sinh ạt không điểm lồi (điểm có lợi thế) mà mặt phẳng (ít lợi hơn) tinh thể Mặt khác dùng mật độ dòng điện cao làm cho ion kim loại mạ bị nghèo nhanh chóng lớp dung dịch sát Catot, phân cực Catot tăng lên tạo điều kiện sinh lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn Nhưng dùng mật dộ dòng điện cao (gần dòng giới hạn) lớp mạ bị gai, Bên cạnh đó, với mật độ dòng điện cao, Anot hòa tan dễ bị thụ động dung dịch nghèo dần ion kim loại mạ, đồng thời, hydro dễ làm giảm hiệu suất dòng điện mạ gây biến động mạnh pH lớp dung dịch sát Catot Vì vậy, muốn tăng mật độ dòng điện lên mà chất lượng lớp màng đảm bảo ta phải tìm cách nâng cao mật độ dòng điện giới hạn lên cách tăng nhiệt độ, tăng nồng độ ion chính, tăng đối lưu… Ngược lại, giảm mật độ dòng điện thấp, tốc độ mạ chậm kết tủa gồm tinh thể thô, không Cho nên, dung dịch cho lớp mạ tốt khoảng mật độ dòng định Khoảng mật độ dòng làm việc rộng dễ thu lớp mạ đồng Điều có ý nghĩa lớn phải mạ cho vật có hình thù phức tạp * Tốc độ khuấy Trong trình mạ, nồng độ ion kim loại mạ dung dịch sát Catot bị nghèo đi, không khôi phục kịp thời gây nên phân cực nồng độ lớn nhiều bất lợi khác xảy như: khơng dùng mật độ dòng điện cao; lớp mạ dễ bị gai, cây, cháy…; Dung dịch bị phân lớp nồng độ theo chiều sâu Kết khó thu lớp màng đồng vật mạ Khắc phục nhược điểm cần khuấy mạnh để san nồng độ toàn khối dung dịch, tăng khuyếch tán đến điện cực Nhưng nhược điểm lại phát sinh cấu trúc tinh thể độ phân cực nồng độ giảm Vì vậy, muốn tinh thể nhỏ mịn, sít, phải đồng thời tăng nhiệt độ mật độ dòng điện lên cách thích hợp Có thể khuấy dung dịch cách cho Catot chuyển động, sục khí nén cho dung dịch chảy tuần hoàn * Nhiệt độ Tăng nhiệt độ cho phép dùng dung dịch có nồng độ cao hơn, độ dẫn điện dung dịch tăng, giảm nguy thụ động Anot Ba yếu tố làm tăng mật độ dòng điện giới hạn nên cho phép dùng mật độ dòng điện cao Nhưng nhiệt độ cao lại làm giảm phân cực Catot giảm tác dụng chất hoạt động bề mặt, tăng độ phân ly ion phức hay ion hydrat hóa thúc đẩy khuyếch tán đối lưu mạnh lên Nếu tăng nhiệt độ mà giữ nguyên điều kiện khác lớp mạ gồm tinh thể thô, to Nhưng lại đồng thời tăng mật độ dòng điện bù trừ nhược điểm nhiệt độ cao gây lớp mạ thu có tinh thể nhỏ, mịn tốc độ mạ cao * Độ pH Độ yếu tố ảnh hưởng đến tính chất vật lý lớp màng điện kết tủa Nếu độ pH dung dịch thấp hiệu suất trình điện kết tủa giảm rõ rệt xảy q trình khí ỏ điện cực Catot Bên cạnh đó, q trình khí làm cho bề mặt lớp màng Catot bị rỗ, thủng Khí hydro dạng ngun tử dễ hấp thụ nhiều kim loại (nền mạ) tạo thành lớp hợp chất hydrua hay hòa tan kim loại thành dung dịch rắn chui vào mạng tinh thể làm xô lệch tổ chức kim loại gây nên cứng giòn hydro, lớp màng có ứng suất lớn, dễ bong phồng rộp Nếu độ pH dung dịch cao hình thành hydroxit muối kiềm Các chất lẫn vào lớp mạ sinh gai, sùi, bề mặt lớp màng 2 Quy trình chế tạo mẩu Quy trình chế tạo dây Cu-CoP thể hình 2.4 Đường kính dây Cu sử dụng 50 μm 100 μm Thành phần dung dịch chế độ tạo dây thể bảng 2.1 Sự phụ thuộc hiệu ứng GMI vào mật độ dòng điện khảo sát khoảng mật độ dòng từ 450 2 mA/cm đến 800 mA/cm Thời gian thực trình điện kết tủa thay đổi khoảng từ đến 15 phút Bảng 2.1 Thành phần dung dịch chế độ tạo màng CoP Dung dịch CoSO4 Nồng độ T (g/l) ( C) t (phút) Dc (mA/cm ) 212 7H2O 60 H3PO3 40 H3PO4 50 -15 450 – 900 Hình 2.4 Quy trình chế tạo dây Cu-CoP Chương Ứng dụng 3.1 Ứng dụng vật liệu có hiệu ứng GMI Kể từ phát vật liệu có hiệu ứng GMI quan tâm nghiên cứu đưa vào ứng dụng khoa học kỹ thuật đời sống Và đạt số thành tựu quan trọng như: kỹ thuật điều kiển tơ việc dò tìm khuyết tật (hình 3.1)… Amorphous wire □ V Crack Ferromagnetin sample Hình 3.1 Vật liệu có hiệu ứng GMI dùng kỹ thuật dò tìm khuyết tật Mặt khác vật liệu có hiệu ứng GMI có độ nhạy cao sử dụng chế tạo cảm biến đo từ trường, cảm biến nhạy từ trường (hình 3.2) Hình 3.2 Vật liệu có hiệu ứng GMI ứng dụng mạch Colpitts 3.2 Cảm biến đo dòng GMI sử dụng hiệu ứng GMI Muốn đo dòng điện đo trực tiếp đo gián tiếp, cách đo gián tiếp có phương pháp kinh điển sử dụng đo dòng Ampe kìm Phương pháp sử dụng nguyên lý cảm ứng điện động, nên tín hiệu tỷ lệ với biến thiên cường độ dòng điện vào, tín hiệu bị méo Mặt khác phương pháp cho phép đo dong điện xoay chiều Để khắc phục nhược điểm nguyên lý ứng dụng hiệu ứng GMI để đo dòng điện đời Với ngun lý tín hiệu tỷ lệ thuận với tín hiệu vào tín hiệu bảo tồn, độ xác cao Đặc biệt ngun lý khơng đo dòng xoay chiều mà đo dòng chiều Nguyên lý sử dụng cảm biến có kích thước nhỏ gọn: chiều dài ÷ 9mm, chiều rộng 0, ÷ 0, 5mm Từ kết phong phú đạt hiệu ứng GMI mở tiềm ứng nghiệm Vật liệu từ vơ định hình & dụng vào thực tế như: Chế tạo cảm biến đo từ trường, cảm biến đo dòng điện Hình 3.3 So sánh nguyên lý chế tạo Ampe kìm cảm biến đo dòng GMI 3.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến đo dòng GMI Cảm biến đo dòng GMI gồm hai phần: cảm biến GMI chế tạo từ vật liệu vơ định hình Co xuyến hở với mục đích tập trung từ trường khe, cảm biến ghép vào khe (hình 3.4) Nguyên lý hoạt động cảm biến đo dòng GMI cho dòng điện chạy qua xuyến sinh từ trường chạy xuyến tập trung hai đầu khe từ Theo hiệu ứng GMI, tổng trở cảm biến GMI bị thay đổi, xác định thay đổi tổng trở cảm biến GMI xác định cường độ dòng điện ban đầu Với nguyên lý hoạt động cảm biến đo dòng GMI đo dòng điện chiều dòng điện xoay chiều Cảm biến Xuyến Hình 3.4 Cấu tạo cảm biến đo dòng GMI 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới cảm biến đo dòng GMI *Vật liệu: Vật liệu chọn để chế tạo cảm biến GMI băng vơ định hình Co dây điện kết tủa, với dải đo khác chọn mẫu khác *Xuyến: Để tập trung từ trường, vật liệu dùng làm xuyến Fe vô định hình thép kỹ thuật điện Mặt khác tín hiệu phụ thuộc vào kích thước hình học xuyến Nên xuyến chọn phải có kích thước hình học phù hợp đề đạt độ nhạy tốt KẾT LUẬN Qua thời gian tìm tòi nghiên cứu tài liệu, với hướng dẫn tận tình thầy giáo – Ths Nguyễn Hữu Tình, đề tài: “Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI, phương pháp chế tạo ứng dụng” hoàn thành nội dung sau: Đã tìm hiểu chất hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI, giải thích mặt lý thuyết chế hiệu ứng hồn việc giải thích tượng tách đỉnh Khố luận hồn thành tìm hiểu cơng nghệ chế tạo vật liệu có hiệu ứng GMI: Cơng nghệ nguội nhanh công nghệ điện kết tủa Nghiên cứu số ứng dụng điển hình dựa hiệu ứng GMI Do hạn chế thời gian nên tác giả chưa thực công việc thực nghiệm Hy vọng thời gian tới tác giả có dịp tiếp tục nghiên cứu vấn đề Do lần tác giả làm công tác nghiên cứu khoa học, nên khoá luận chưa thực đầy đủ khơng tránh khỏi thiếu sót định, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo bạn đọc quan tâm, để khố luận hồn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt N.H Nghi, N.M Hong, T.Q.Vinh, N.V.Dung, P M Hong, (2003) Physica B B 327 253-256 Nguyễn Hồng Nghị, Phí Hồ Bình, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Hữu Hồng, Nguyễn Thị Hồng Tâm, Ohsung Song “Cảm biến đo dòng hiệu ứng GMI” Báo cáo hội nghị vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25.11.2005 Tiếng Anh N H Nghi, N V Dung, N H Hoang, Tran Anh Phong, Phi Hoa Binh, “Dependance of giant magnetoimpedance effect of Co-based and Fe based nanocrystalline ribbons on measuring configuration”, The ninth Asia Pacific physics Conference, Hanoi 2004 L V Panina and K Mohri, Appl Phys Lett 65, 1189 (1994) P T Squire, J Magn Magn Mater 87, 299 (1990); 140-144, 1829 (1995) L V Panina, K Mohri, T Uchiyama, M.Noda, and K.Buchida, IEEE Trans Magn.34 (1995) 1249 L.D Landau and E.M.Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media (Pergamon, Oxford, 1975), p 195 D Atkinson and P T Squire, J Appl Phys 83 (1998) 6569 M Jacquart, O Acher, IEEE Trans Magn 44 (1996) 2116 10.L.D Landau and E.M.Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media (Pergamon, Oxford, 1960) ... tổng trở khổng l - GMI Giới thiệu hiệu ứng từ tổng trở khổng l - GMI Vật liệu từ mềm cho hiệu ứng GMI cao Chương 2: Phương pháp chế tạo Công nghệ chế tạo băng vơ định hình dây Chương 3: Ứng dụng Chương... trở khổnglồ -GMI, phương pháp chế tạo ứng dụng dựa sở kết nghiên cứu phát triển Mục tiêu luận văn là: Nghiên cứu hiệu ứng từ tổng trở khổng l - GMI Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu từ mềm... trở khổng lồ (Giant magneto-Impedance effect - GMI) Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI thay đổi mạnh tổng trở xoay chiều Z vật liệu từ mềm tác dụng từ trường Hext Để đặc trưng cho hiệu ứng GMI,