稀土磁致伸缩薄膜课件

1、稀土磁致伸缩薄膜XXXXXXXX2010.5.25稀土磁致伸缩薄膜目录目录二二 应用领域应用领域三三 研究现状研究现状一一 简介简介四四 前景展望前景展望稀土磁致伸缩薄膜一、简介一、简介稀土超磁致伸缩薄膜材料是以稀土超磁致伸缩材料为靶材而制备的一种功能薄膜，包括(Tb，Dy)Fe薄膜和Sm-Fe薄膜等。 稀土超磁致伸缩薄膜比基体材料位移量大稀土超磁致伸缩薄膜比基体材料位移量大主要特点主要特点器件微型化器件微型化 元器件的驱动是无接触式，靠外加磁场驱动元器件的驱动是无接触式，靠外加磁场驱动 磁各向异性小、磁滞后小、共振频率高等磁各向异性小、磁滞后小、共振频率高等稀土磁致伸缩薄膜二、应用领域二、应

2、用领域1、在控制系统中的应用、在控制系统中的应用 目前，对包括目前，对包括微管道微管道、微阀微阀、微流量微流量计计、微泵微泵等元件的微流量控制系统的研究等元件的微流量控制系统的研究已经成为微机械研究的热点之一，而功能已经成为微机械研究的热点之一，而功能薄膜型超磁致伸缩微驱动器的出现，又为薄膜型超磁致伸缩微驱动器的出现，又为微流体元件的驱动提供了一个新方法。如微流体元件的驱动提供了一个新方法。如利用磁致伸缩效应实现对阀门的阀口进行利用磁致伸缩效应实现对阀门的阀口进行控制等。控制等。稀土磁致伸缩薄膜二、应用领域二、应用领域2、在线性超声微马达中的应用、在线性超声微马达中的应用 稀土超磁致伸缩功能薄

3、膜材料的应变稀土超磁致伸缩功能薄膜材料的应变大，频率相应快，磁滞后小，因此被应用大，频率相应快，磁滞后小，因此被应用于线性超声微马达中。用稀土超磁致伸缩于线性超声微马达中。用稀土超磁致伸缩功能薄膜制备的线性超声微马达由功能薄膜制备的线性超声微马达由(100)晶向硅晶片基板和具有正磁致伸缩效应的晶向硅晶片基板和具有正磁致伸缩效应的Tb-Fe功能薄膜制成。功能薄膜制成。稀土磁致伸缩薄膜二、应用领域二、应用领域3、在微型行走机械中的应用、在微型行走机械中的应用 随着微型化的发展，行走机械的能源随着微型化的发展，行走机械的能源供给问题现在还没有有效的解决方法，并供给问题现在还没有有效的解决方法，并成为

4、开发微小行走机械的难关。作为该能成为开发微小行走机械的难关。作为该能源供给问题的一个解决方法，便是利用非源供给问题的一个解决方法，便是利用非接触式驱动的超磁致伸缩功能薄膜型微驱接触式驱动的超磁致伸缩功能薄膜型微驱动元件。它的工作原理是利用外加磁场与动元件。它的工作原理是利用外加磁场与行走机械共振来大幅度的提高机构的步进行走机械共振来大幅度的提高机构的步进速度。速度。稀土磁致伸缩薄膜分子束外延生长分子束外延生长(MBE)法法离子束溅射离子束溅射(IBS)法法制备方法制备方法三、研究现状三、研究现状真空辉闪蒸镀真空辉闪蒸镀(FE)磁控溅射法磁控溅射法脉冲激光辅助沉积脉冲激光辅助沉积稀土磁致伸缩薄膜

5、三、研究现状三、研究现状设备能长时间连续地工作设备能长时间连续地工作成分易于控制成分易于控制可得到大面积均匀的膜可得到大面积均匀的膜易形成高熔点物质的膜法易形成高熔点物质的膜法磁控溅射法优磁控溅射法优点点膜与基片之间的粘着力强膜与基片之间的粘着力强稀土磁致伸缩薄膜三、研究现状三、研究现状 对于稀土磁致伸缩单层膜，通过改变对于稀土磁致伸缩单层膜，通过改变薄膜成分或优化制备条件如溅射功率、薄膜成分或优化制备条件如溅射功率、Ar气压、退火温度、衬底温度，可以改变磁气压、退火温度、衬底温度，可以改变磁致伸缩单层膜的磁致伸缩和磁学性能。其致伸缩单层膜的磁致伸缩和磁学性能。其中对中对TbDyFe体系单层膜

6、的研究比其它体体系单层膜的研究比其它体系单层膜更为广泛。系单层膜更为广泛。稀土磁致伸缩薄膜三、研究现状三、研究现状1、 成分对性能的影响成分对性能的影响 合金的成分直接影响化合物的磁矩、合金的成分直接影响化合物的磁矩、居里温度和磁晶各向异性，从而影响薄居里温度和磁晶各向异性，从而影响薄膜的磁致伸缩性能。用磁致伸缩符号相膜的磁致伸缩性能。用磁致伸缩符号相同而磁晶各向异性相反的同而磁晶各向异性相反的TbFe2和和DyFe2在在TbDyFe化合物组成磁晶各向异性相互化合物组成磁晶各向异性相互补偿的二元系化合物，将降低磁晶各向补偿的二元系化合物，将降低磁晶各向异性。异性。稀土磁致伸缩薄膜三、研究现状三

7、、研究现状2、 薄膜应力性能的影响薄膜应力性能的影响 一般情况下，要求易磁化方向平行一般情况下，要求易磁化方向平行于膜面。对于于膜面。对于TbDyFe薄膜，当薄膜受拉薄膜，当薄膜受拉应力时，易磁化方向平行于膜面；而薄应力时，易磁化方向平行于膜面；而薄膜受压应力时，易磁化方向垂直于膜面。膜受压应力时，易磁化方向垂直于膜面。薄膜的内应力状态可通过改变工艺条件、薄膜的内应力状态可通过改变工艺条件、选用不同热膨胀系数的衬底以及后续处选用不同热膨胀系数的衬底以及后续处理进行调整。理进行调整。稀土磁致伸缩薄膜三、研究现状三、研究现状3、 热处理和衬底温度对性能的影响热处理和衬底温度对性能的影响 为了将晶态

8、薄膜的高磁致伸缩性为了将晶态薄膜的高磁致伸缩性能和较高居里温度与非晶态薄膜的低能和较高居里温度与非晶态薄膜的低矫顽力结合起来考虑，可采用纳米晶矫顽力结合起来考虑，可采用纳米晶结构。在结构。在TbDyFe薄膜中获得纳米晶薄膜中获得纳米晶结构可采用：结构可采用：首先制备非晶态薄膜，首先制备非晶态薄膜，然后对薄膜进行热处理以形成纳米晶；然后对薄膜进行热处理以形成纳米晶；在溅射过程中对衬底进行加热直接在溅射过程中对衬底进行加热直接获得纳米晶结构。获得纳米晶结构。稀土磁致伸缩薄膜三、研究现状三、研究现状 为了进一步提高磁致伸缩薄膜的低场为了进一步提高磁致伸缩薄膜的低场特性和软磁特性，对磁致伸缩多层膜的研

9、特性和软磁特性，对磁致伸缩多层膜的研究也是一个热点。制备多层膜的出发点主究也是一个热点。制备多层膜的出发点主要是通过增加饱和磁化强度要是通过增加饱和磁化强度Ms来降低饱和来降低饱和磁化场磁化场Hs ( Hs =2K/Ms)。理论上研究多。理论上研究多层膜的交换耦合作用、磁化过程以及反磁层膜的交换耦合作用、磁化过程以及反磁化核形核、长大等内容，技术应用上研究化核形核、长大等内容，技术应用上研究如何提高磁致伸缩多层膜的低场特性和软如何提高磁致伸缩多层膜的低场特性和软磁特性。磁特性。稀土磁致伸缩薄膜四、前景展望四、前景展望 各领域对应用超磁致伸缩薄膜各领域对应用超磁致伸缩薄膜的要求促进了对薄膜低场性

10、能的深的要求促进了对薄膜低场性能的深人研究，并有较大进展，而且在应人研究，并有较大进展，而且在应用方面也有可喜成果。用方面也有可喜成果。 但超磁致伸缩薄膜材料本身固但超磁致伸缩薄膜材料本身固有的一些缺陷以及理论研究的不有的一些缺陷以及理论研究的不成熟也限制了该材料的实际应用。成熟也限制了该材料的实际应用。稀土磁致伸缩薄膜四、前景展望四、前景展望 在在理论理论方面，超磁致伸缩多层膜方面，超磁致伸缩多层膜比单层膜有更优异的性能，但人们对比单层膜有更优异的性能，但人们对于该交换耦合多层膜磁致伸缩特性、于该交换耦合多层膜磁致伸缩特性、反磁化机制及其影响因素仍然不是十反磁化机制及其影响因素仍然不是十分清楚，相应的理论也尚不完善。这分清楚，相应的理论也尚不完善。这需要对需要对薄膜的磁畴薄膜的磁畴及其及其微观结构微观结构进行进行更深人的研究，并建立理论模型对研更深人的研究，并建立理论模型对研究结果进行解释。究结果进行解释。稀土磁致伸缩薄膜四、前景展望四、前景展望 在在应用应用方面，应解决好诸如方面，应解决好诸如热热补偿补偿、非线性补偿非线性补偿、结构参数结构参数的优的优化匹配和