TRÚC VÔ ĐỊNH HÌNH
4.1. Tính chất từ của băng từ Metglas 1. Tinh chất từ siêu mém
Thực nghiệm khảo sát tính chất từ của vật liệu băng từ Metglas được thực hiện trên mẫu băng từ có dạng hình vuông (kích thước 10x10 mm2, chiều day
18§um) và thực hiện theo ba phương vuông góc nhau (phương vuông góc mặt
phăng mẫu, phương dọc theo chiều dải mẫu và phương dọc theo chiều rộng mẫu). Kết quả tính chất từ được xác định thông qua đường cong từ trễ theo ba phương được thể hiện trên hình 4.3. Từ đồ thị có thé dé dang nhận thấy băng từ Metglas có tính chất từ siêu mềm theo phương mặt phẳng mẫu rất đặc trưng.
74
Tính chất từ siêu mềm được đặc trưng bởi độ từ dư và lực kháng từ rất nhỏ (M., H, ~ 0 Oe), từ trường bão hòa rất thấp (Hs ~ 70 Oe) và từ độ bão hòa cao (Ms ~ 974 emu/cm°). So sánh với tính chat từ của băng từ FeCoBSi đã được nghiên cứu chế tạo trước đây cho thấy băng từ Metglas có tính chất từ mềm vượt trội [7].
Điều này có được là do thành phần Ni có trong băng từ Metglas đã cải thiện đáng kế tính chat từ mềm của băng từ. Kết quả này mở ra triển vọng phát triển băng từ Metglas dé chế tạo cảm biến từ trường thấp cỡ từ trường trái đất với độ nhạy và
độ phân giải cao.
(a) Từ trường dọc theo phương chiều dài L (b) Từ trường dọc theo phương chiều rộng W
1000 T x ~ ~ T 1000
500 - 500
TE =eo
3 FEo Eo
= =
-500 -500
-1000 + + -1000 + + +
-300 -200 -100 0 100 200 300 -300 -200 -100 0 100 200 300
H (Oe) H (Oe)
(c) Từ trường vuông góc mat phẳng băng từ
1000 k T T
< |500
35
Eo
=
aed
-500 4
-1000 : 1 : 1
-4000 -2000 0 2000 4000 H (Oe)
Hình 4.3: Đường cong từ trễ của mẫu băng từ Metglas pha Ni hình vuông kích
thước 10x I0 mm được thực hiện với từ trường một chiêu nằm trong mặt phẳng,
hướng doc theo chiều dài (L), chiều rộng (W) và theo phương vuông góc với mặt phẳng băng từ
Bên cạnh tính chất từ siêu mềm của băng từ Metglas, từ đồ thị còn có thể thấy răng băng từ Metglas còn thể hiện tinh chất từ hoàn toàn dang hướng trong
75
mặt phang băng từ. Nhận xét nay có được là do đường cong từ trễ đo theo hai phương vuông góc nhau trong mặt phăng băng từ là hoàn toàn giống nhau. Điều này có được là do băng từ có trạng thái vô định hình và quy trình chế tạo đã loại bỏ hoan toàn được ứng suất nội.
4.1.2. Ảnh hưởng của dị hướng hình dạng đến tính chất từ mém
Trong các nghiên cứu này, luận án đã chỉ ra rằng tính chất từ mềm của băng từ Metglas còn được cải thiện thông qua tối ưu hóa kích thước băng từ. Các nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với hệ các băng từ Metglas có chiều dài L cô định (L = 10 mm) và chiều rộng W thay đôi (W = 0,25 mm — 10 mm). Điều này tương ứng với tỷ số kích thước r = L/W có giá trị từ 1 đến 40. Quá trình khảo
sát đường cong từ trễ của hệ các băng từ này với từ trường ngoài luôn hướng dọc theo chiều dài băng từ được thê hiện trên hình 4.4. Kết quả thực nghiệm cho thấy tat cả các băng từ đều cùng dat trạng thái bão hòa tại giá trị M = 1950 emu/cm’.
Điều đáng quan tâm hơn cả là tính chất từ mềm của băng từ (dọc theo phương chiều dai) đã được cải thiện đáng kế khi tăng tỷ số r. Thực vậy, với tỷ số r nhỏ nhất (r = 1) thì từ trường cần thiết dé băng từ đạt trang thai bão hòa có giá trị là H, = 70 Oe trong khi với tỷ số r lớn nhất (r = 40) thì giá trị này giảm xuống chỉ
con vai Oe.
2000
_ i]SsSo
M (emu/em’) So
-1000
Hình 4.4: Duong cong từ trễ của các băng từ Metglas có tỷ số r = L/W khác nhau với từ trường đặt trong mặt phẳng và dọc theo phương chiêu dài mau
76
Dộ làm rừ hơn van dộ này, luận ỏn đó tiến hành ngoại suy đường cong độ cảm từ (yw = dM/dH) của các băng từ Metglas với tỷ số r khác nhau từ đường cong từ trễ của chúng (hình 4.5). Đồ thị cho thấy độ cảm từ của tất cả các băng từ đều tăng mạnh khi từ trường ở gần giá trị 0. Tuy nhiên giá trị độ cảm từ cực đại tăng rất nhanh theo ty số r và dat giá trị lớn nhất là nar = 15.103 ứng với băng từ có tỷ số r= 40. Điều này thêm một lần nữa khang định rằng tinh chất từ mềm của băng từ phụ thuộc rất mạnh vào tỷ số kích thước r (hay còn gọi là tính dị hướng
hình dạng).
Hình 4.5: Độ cảm từ cực đại của các mẫu băng từ Metglas có tỷ số r = L/W khác
nhau
Đường cong từ trễ và độ cảm từ quan sát được khác nhau rất nhiều phụ
thuộc vào hình dạng và kích thước của mẫu băng từ được giải thích dựa trên hiện
tượng trường khử từ hay dị hướng hình dạng. Khi một vật liệu từ bi từ hóa, các
cực từ ở hai đầu vật liệu sẽ sinh ra một từ trường chống lai từ độ M (cùng phương, ngược chiều M). Từ trường này được gọi là trường khử từ Ha (hình 4.6).
Cường độ trường khử từ Hu phụ thuộc vào các yếu tố như: từ độ M, khoảng cách
giữa các cực từ và diện tính bê mặt của các cực.
77
(a)
(b)
Hình 4.6: (a) Biểu diễn sự hình thành cua các mômen lưỡng cực trong vật liệu bi từ hoá (b) Cảm ứng từ B, từ độ M và trường khử từ Hạ của mẫu bị từ hoá [4]
Sự phụ thuộc của cường độ trường khử từ vào các yếu tố (chang hạn khoảng cách giữa các cực từ) được ví dụ trên mô hình mẫu vật liệu khối hình chữ nhật (hình 4.7). Khi vật liệu bị từ hóa theo phương chiều dài, khoảng cách giữa các cực từ là khá lớn và dẫn đến giá tri Ha sẽ nhỏ. Ngược lại, khi vật liệu bị từ hóa theo phương chiều rộng, khoảng cách giữa các cực từ là nhỏ và dẫn đến giá
trị Hạ là khá lớn.
M
{a) (b)
Hình 4.7: Trường khứ từ bên trong một thanh chữ nhật đã được từ hoá
theo phương song song (a) và vuông góc với chiêu dài thanh (b)
Vận dụng lý thuyết trường khử từ cho vật liệu từ có dạng màng mỏng hoặc dạng băng từ. Với các vật liệu dạng này, chiều dầy có kích thước rất nhỏ so
78
với chiều dai và chiều rộng. Do đó trường khử từ theo phương chiều day là rất lớn và làm cho phương này trở thành phương khó từ hóa nhất. Điều này giải thích cho ly do tại sao băng từ Metglas kích thước 10x10 mm (chiều day 18 um)
lại có tinh di hướng mặt phăng (hình 4.3).
Xét trong mặt phăng băng từ, nếu chiều dài và chiều rộng có giá trị như
nhau (L = W) thì trường khử từ theo cả hai phương cũng có giá trị như nhau va
dẫn đến băng từ Metglas kích thước 10x10 mm có tính đăng hướng trong mặt phẳng băng (hình 4.3). Khi băng từ có dạng hình chữ nhật, trường khử từ dọc theo chiều dài sẽ nhỏ nhất. Điều này có nghĩa là phương chiều dài sẽ là phương dé từ hóa nhất (từ trường cần thiết dé đạt trạng thái bão hóa là nhỏ nhất). Nếu ty lệ kích thước r = L/W càng tăng thi quá trình từ hóa theo phương chiều dài càng trở lên dễ dàng hơn. Kết quả nghiên cứu này đã mở ra ý tưởng rằng có thể tăng cường hiệu ứng từ-điện trong vùng từ trường thấp (cỡ từ trường trái đất) thông qua quá trình tăng cường dị hướng hình dạng của các vật liệu thành phần.
4.2. Tính chất từ giảo của băng từ Metglas