美借助傳統(tǒng)冶煉技術(shù)制造磁敏感合金

美借助傳統(tǒng)冶煉技術(shù)制造磁敏感合金

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國科學(xué)家將現(xiàn)代材料科學(xué)和古老的冶煉技術(shù)結(jié)合，研制出一種新的鈷鐵合金，其具有很好的磁致伸縮性，不需要使用稀土元素且容易生產(chǎn)，有望用來制造由磁場控制的傳感器和微機(jī)械設(shè)備。

新鈷鐵合金具有巨大的磁致伸縮性。鐵磁性物質(zhì)在外磁場作用下，其尺寸會伸長或縮短，去掉外磁場后，又恢復(fù)原來的長度，這種現(xiàn)象被稱為磁致伸縮效應(yīng)。具有強(qiáng)磁致伸縮性的鐵磁體的用途非常廣泛，比如可用來制造靈敏的磁場探測器以及微機(jī)械設(shè)備(主要用于制造硅片上的微米傳感器和微米電機(jī))中纖巧的傳動器等，而且磁致伸縮性設(shè)備不需要電線且能由外部磁場進(jìn)行控制。

為了發(fā)現(xiàn)最好的金屬混合比例以及處理工序，馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家竹內(nèi)一郎領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊制造出數(shù)百個細(xì)小的測試懸臂梁，它們是10 mm長且看起來像跳水板的硅束。研究人員用一薄層合金將其包裹起來，并在整個懸臂梁陣列中慢慢改變鈷和鐵的比率。整個過程用到了兩種不同的熱處理方法:先將合金加熱到最高溫度，然后突然在水中淬火。淬火是一種傳統(tǒng)的冶金技術(shù)，能將材料的微結(jié)構(gòu)凝固于特定的狀態(tài)。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)和斯坦福同步輻射光源(SSRL)的測量表明，新鈷鐵合金能在0.01特斯拉的磁場中展示出巨大的磁致伸縮效應(yīng)。新合金擁有精巧的異質(zhì)的納米尺度結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)內(nèi)，富含鈷的晶體內(nèi)嵌貫穿于不同的富含鐵的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)。竹內(nèi)一郎表示，新合金的磁致伸縮效應(yīng)比現(xiàn)有最好的磁致伸縮材料——由稀土元素組成的鋱鏑鐵合金差一點，但其優(yōu)勢在于不使用稀土元素。

NIST的材料學(xué)家威爾·奧斯本表示，與普通壓電微設(shè)備相比，磁致伸縮設(shè)備因便于在更微小的層面上進(jìn)行操作而吸引了越來越多科學(xué)家的注意。壓電晶體通常是氧化物，它們易碎、常由鉛制成且很難制造;而最新的磁致伸縮合金由金屬制成，且更容易與目前的設(shè)備制造方法兼容，它們是制造下一代微機(jī)械設(shè)備的理想材料。

(來源:科技日報)