作者:刘霞 来源:科技日报 发布时间:2011-12-2 14:56:58
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美借助传统冶炼技术制造磁敏感合金
无需使用稀土元素且容易生产

(图片来源:美国物理学家组织网)

 
据美国物理学家组织网近日报道,美国科学家将现代材料科学和古老的冶炼技术结合,研制出一种新的钴铁合金,其具有很好的磁致伸缩性,不需要使用稀土元素且容易生产,有望用来制造由磁场控制的传感器和微机械设备。
 
新钴铁合金具有巨大的磁致伸缩性。铁磁性物质在外磁场作用下,其尺寸会伸长或缩短,去掉外磁场后,又恢复原来的长度,这种现象被称为磁致伸缩效应。具有强磁致伸缩性的铁磁体的用途非常广泛,比如可用来制造灵敏的磁场探测器以及微机械设备(主要用于制造硅片上的微米传感器和微米电机)中纤巧的传动器等,而且磁致伸缩性设备不需要电线且能由外部磁场进行控制。
 
为了发现最好的金属混合比例以及处理工序,马里兰大学的科学家竹内一郎领导的科研团队制造出数百个细小的测试悬臂梁,它们是10毫米长且看起来像跳水板的硅束。研究人员用一薄层合金将其包裹起来,并在整个悬臂梁阵列中慢慢改变钴和铁的比率。整个过程用到了两种不同的热处理方法:先将合金加热到最高温度,然后突然在水中淬火。淬火是一种传统的冶金技术,能将材料的微结构凝固于特定的状态。
 
美国国家标准与技术研究院(NIST)和斯坦福同步辐射光源(SSRL)的测量表明,新钴铁合金能在0.01特斯拉的磁场中展示出巨大的磁致伸缩效应。新合金拥有精巧的异质的纳米尺度结构,在这种结构内,富含钴的晶体内嵌贯穿于不同的富含铁的晶体结构内。竹内一郎表示,新合金的磁致伸缩效应比现有最好的磁致伸缩材料——由稀土元素组成的铽镝铁合金差一点,但其优势在于不使用稀土元素。
 
NIST的材料学家威尔·奥斯本表示,与普通压电微设备相比,磁致伸缩设备因便于在更微小的层面上进行操作而吸引了越来越多科学家的注意。压电晶体通常是氧化物,它们易碎、常由铅制成且很难制造;而最新的磁致伸缩合金由金属制成,且更容易与目前的设备制造方法兼容,它们是制造下一代微机械设备的理想材料。
 
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