本发明专利技术涉及利用[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线为传感器芯片制备的巨磁电阻位移传感器；包括传感器芯片、亥姆霍兹线圈、直流电源、小磁铁、直流数字电压表、直尺；传感器芯片材料是多层纳米线[NiFe/Cu/Co/Cu]n，NiFe层与Cu/Co/Cu层交替排列组成，直径为80～120nm。传感器芯片采用四个完全相同的[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线阵列构成桥式构型。传感器芯片的最佳位置为两个亥姆霍兹线圈轴线的中点，纳米线的轴线方向与磁力线的方向平行。本发明专利技术的巨磁电阻位移传感器灵敏度高、功耗小、成本低，可应用在材料的杨氏模量测量、金属热胀系数测量、水面液位检测、磁性材料定位等方面。
【技术实现步骤摘要】
利用[NiFe/CU/Co/CU]n多层纳米线为传感器芯片制备的巨磁电阻位移传感器
本专利技术属于金属纳米材料及磁电子学领域,特别涉及一种利用[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线制备的巨磁电阻位移传感器。本技术专利技术的巨磁电阻位移传感器灵敏度高、功耗小、成本低，可应用在材料的杨氏模量测量、金属热胀系数测量、水面液位检测、磁性材料定位等方面。
技术介绍
磁电子学作为纳米电子学的重要组成，在磁记录、磁头读出、非易失信息随机存储、自旋晶体管及量子计算机等领域将获得广泛应用，成为未来信息科学技术的主导技术。磁性多层膜巨磁电阻效应的发现标志着磁电子学发展的开始。经过几十年迅猛发展，巨磁电阻器件在磁电子学、计算机、信息学等领域具有广阔的应用，尤其是巨磁电阻效应在磁传感器等方面的应用，如:位移传感器、磁齿轮转速传感器、电流检测、磁栅尺和各种弱磁场测量传感器等。巨磁电阻传感器具有体积小、灵敏度高、线性范围宽、温度稳定性好、成本低等优点，尤其可以有效检测微弱磁场的存在和变化，巨磁电阻传感器将会给工业设备自动控制、商标检测、精密测量技术等领域带来崭新的变革。巨磁电阻传感器的核心元件是巨磁电阻材料，随着巨磁电阻多层膜、多层线研究的深入，具有优异磁性能和巨磁电阻性能的多层结构将会成为推动巨磁电阻传感器发展的关键。目前，巨磁电阻传感器在国外刚刚起步，而在国内，随着巨磁电阻材料研究的不断深入和系统化，对其应用的需求也将越来越迫切。国内外设计的位移传感器多以耦合型多层膜和交换偏置型多层膜为芯片，对不同矫顽力的自旋阀结构纳米线鲜有研究。本专利技术以[NiFe/Cu/Co/Cu]n自旋阀多层纳米线为传感器芯片，制备了一种巨磁电阻位移传感器，为巨磁电阻材料在磁传感器领域的应用进行了有益的尝试。
技术实现思路
本专利技术的目的就是以[NiFe/CU/Co/CU]n多层纳米线为传感器芯片，制备巨磁电阻位移传感器。本专利技术设计的位移传感器芯片与国内外研究的芯片相比，具有体积小、灵敏度高、线性范围宽、GMR性能优越等优点，设计的位移传感器具有测量过程简单、分辨率高、精确度高、响应速度快、实用性强等优点。本专利技术的技术方案如下:利用[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线为传感器芯片制备的巨磁电阻位移传感器，其组成包括感器芯片、亥姆霍兹线圈、直流电源、小磁铁、直流数字电压表和直尺；位移传感器的小磁体中心、传感器芯片中心与两个亥姆霍兹线圈轴心在同一水平线上；亥姆霍兹线圈的外加磁场的方向应垂直于[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线阵列电极。整个传感器装置设置在一个水平支架上，传感器芯片中心距水平支架高度为10?20cm,水平支架长度50?IOOcm ;亥姆霍兹线圈位于传感器芯片的前后两端，与传感器芯片中心距离相同，为5~15cm。所述的传感器芯片采用面积为I~5cm2四个完全相同的[NiFe/CU/Co/CU]n多层纳米线阵列电极Rl、R2、R3和R4，用导线连接构成桥式构型；电路连接恒流装置和电压表，构成巨磁电阻传感器。所述的[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线阵列电极Rl和R4采用高导磁率材料屏蔽，电阻维持在恒定值；[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线阵列电极R2、R3则随外磁场的变化而变化，输出电压随之变化，电压与电流的比值即为磁电阻值。所述的高导磁率材料选用软磁合金1J79。[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线由NiFe层与Cu/Co/Cu层交替排列组成，直径为80~120nm ；n为周期数，I个NiFe层与Cu/Co/Cu层为I个周期，η为20~200。[NiFe/Cu/Co/Cu] η多层纳米线总长度为700nm~20 μ m ；NiFe镀层组成按质量百分比计:Ni74~85%、Fel5~26%，厚度为5~50nm ；Co层厚度为10~50nm，Cu层厚度为 10 ~50nm。多层纳米线[NiFe/Cu/Co/Cu]n的制备方法采用我们已经申请的专利(申请号为201210164263.7)工艺，方法如下:利用二次阳极氧化铝模板制备[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线。NiFe层与Cu/Co/Cu层交替排列组成，直径为80~120nm。优选多层纳米线总长度为80nm~20 μ m。[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线的制备方法，采用双电解槽，利用三电极体系进行双槽控电位沉积；先将二次阳极氧化铝膜电极置于NiFe电解槽中，控电位沉积NiFe合金，经超声清洗，快速转 换至Cu/Co/Cu电解槽中，通过双脉冲 技术控电位沉积Cu/Co/Cu，为I个周期，如此重复个η周期；获得[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线。所述的η周期优选为I~250。所述的三电极体系是:辅助电极为钌钛网，参比电极为饱和甘汞电极SCE，工作电极为底部喷金的二次阳极氧化铝膜。NiFe电解槽的电解液为=NiSO4.6Η2050~90g/L，NiCl2.6H2060 ~100g/L, H3B0320 ~40g/L, FeSO4.7H2010 ~30g/L, C6H5Na3O7.2H2040 ~60g/L，pH 值为 2.5 ~3.0。Cu/Co/Cu 电解槽的电解液为=CoSO4.7H20140 ~160g/L,CuSO4.5H202~6g/L，H3B0330~50g/L,镀液pH值为4.5~5.0。NiFe合金电沉积电位为-0.95~-1.1￥，祖？6镀层组成按质量百分比计:附74~85%、？615~26%;(:11的电沉积电位为_ 0.4~-0.6V ;Co的电沉积电位为-0.8~-1.0V。[NiFe/Cu/Co/Cu]n自旋阀多层纳米线结构示意图见附图4。本专利技术的巨磁电阻位移传感器灵敏度高、功耗小、成本低，可应用在材料的杨氏模量测量、金属热胀系数的测量、水面液位的检测、磁性材料的定位等方面。【附图说明】图1:巨磁电阻位移传感器装置示意图图2:巨磁电阻位移传感器芯片结构示意图图3: [NiFe/Cu/Co/Cu]η多层纳米线阵列的磁电阻曲线图4: [NiFe/Cu/Co/Cu]η自旋阀多层纳米线结构示意图。图5: [NiFe/Cu/Co/Cu]η巨磁电阻感器测量电压与位移的关系曲线具体实施方法下列实例是想更好地阐明本专利技术而不限制本专利技术。以[NiFe/Cu/Co/Cu]η多层纳米线为传感器芯片，制备了巨磁电阻位移传感器，其组成包括感器芯片、亥姆霍兹线圈、直流电源、小磁铁、直流数字电压表、直尺，整个传感器装置放于一个水平支架上，巨磁电阻位移传感器装置的示意图见附图1。本专利技术的位移传感器其小磁体中心、传感器芯片中心与两个亥姆霍兹线圈轴心在同一水平线上，距水平支架高度均为10~20cm，水平支架长度50~IOOcm ;亥姆霍兹线圈位于传感器芯片的前后两端，与传感器芯片中心距离相同，为5~15cm。放置传感器芯片时，保证磁力线的方向与纳米线的轴线方向平行，即亥姆霍兹线圈的外加磁场的方向应垂直于[NiFe/Cu/Co/Cu] η多层纳米线阵列电极。本专利技术的传感器芯片采用面积为I~5cm2四个完全相同的[NiFe/Cu/Co/Cu] η多层纳米线阵列电极，用导线连接构成桥式构型，见附图2。按照附图2的电路连接恒流装置和电压表，构成巨磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线为传感器芯片制备的巨磁电阻位移传感器，其组成包括感器芯片、亥姆霍兹线圈、直流电源、小磁铁、直流数字电压表和直尺；位移传感器的小磁体中心、传感器芯片中心与两个亥姆霍兹线圈轴心在同一水平线上；亥姆霍兹线圈的外加磁场的方向应垂直于[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线阵列电极。
【技术特征摘要】
1.利用[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线为传感器芯片制备的巨磁电阻位移传感器，其组成包括感器芯片、亥姆霍兹线圈、直流电源、小磁铁、直流数字电压表和直尺；位移传感器的小磁体中心、传感器芯片中心与两个亥姆霍兹线圈轴心在同一水平线上；亥姆霍兹线圈的外加磁场的方向应垂直于[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线阵列电极。2.如权利要求1所述的传感器，其特征是整个传感器装置设置在一个水平支架上，传感器芯片中心距水平支架高度为10~20cm，水平支架长度50~IOOcm ;亥姆霍兹线圈位于传感器芯片的前后两端，与传感器芯片中心距离相同，为5~15cm。3.如权利要求2所述的传感器，其特征是所述的传感器芯片采用面积为I~5cm2四个完全相同的[NiFe/Cu/Co/Cu]n多层纳米线阵列电极R1、R2、R3和R4，用导线连接构成桥式构型；电路连接恒流装置和电压表，构成巨磁电阻传感器。4.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宏智，张卫国，姚素薇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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