具有氣敏涂層的超磁致伸縮薄膜特性及其應(yīng)用.pdf

1、超磁致伸縮薄膜(GMF)作為一種新型的功能材料，依靠其較大磁致伸縮系數(shù)、高磁機耦合效率、極快的響應(yīng)速度等顯著優(yōu)點，在微型裝備制造領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景，國內(nèi)外學(xué)者也逐漸開展超磁致伸縮薄膜微傳感器件的研究。但目前對其與特殊氣敏材料相結(jié)合，開發(fā)成微型氣體傳感器件的性能特點還未得到廣泛認知。本論文則以該新型功能材料與具有氣敏特性的敏感涂層相結(jié)合作為研究對象，研究其低磁場下的靜動態(tài)特性，并探索性地應(yīng)用到氣體檢測中，研制一種質(zhì)量型微氣體傳感器，

2、為GMF的靜動態(tài)磁機耦合特性及其微傳感器的研究提供一些新的思路和方法。 針對GMF的磁致伸縮特性和對驅(qū)動磁場的要求，采用赫姆霍茲組合線圈作為外部驅(qū)動磁場，選擇激光微位移傳感器作為位移量的檢測單元，開發(fā)了一套具有氣敏涂層的GMF靜動態(tài)磁機耦合特性的實驗系統(tǒng)。經(jīng)有限元分析和實驗驗證，該線圈提供的驅(qū)動磁場有較好的軸向均勻度和強度。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合非線性彈性理論，建立了懸臂梁式具有氣敏涂層的GMF靜態(tài)磁機耦合模型及懸臂梁末端位移方程，實

3、驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)所提出的模型可較好地預(yù)測薄膜低磁場下的磁滯回線，而且具有氣敏涂層的GMF表現(xiàn)出更好的低磁滯性和靈敏性。 在針對具有氣敏涂層的GMF動態(tài)振動特性實驗過程中，GMF表現(xiàn)出n階超諧波共振性，且前三階超諧波共振的效果與主共振具有可比性。利用其良好的一階主共振效果，將懸臂梁式GMF應(yīng)用到乙醇氣體微傳感器的設(shè)計開發(fā)中，并搭建了乙醇氣體敏感度的測試實驗裝置。實驗結(jié)果表明：在乙醇氣體濃度為100～600ppm范圍內(nèi)，微懸臂梁振動響應(yīng)有