據美(měi)國物理學家組(zǔ)織網近日(rì)報道,美國科學家將現(xiàn)代材料科學和古老的冶煉技(jì)術結合,研製出一種新的鈷鐵合金,其(qí)具有很好的磁致伸縮性,不需要(yào)使用稀土(tǔ)元素且容易生產,有望用來製造由磁場控製的傳感器(qì)和微機械設備。
新鈷鐵(tiě)合金(jīn)具有巨大的磁致伸縮性。鐵(tiě)磁性物質在(zài)外磁場作用下,其尺(chǐ)寸會伸長(zhǎng)或縮短,去掉外磁場後,又恢複原來的長度,這種現象被稱為磁致伸縮效應。具有強磁致伸縮(suō)性的鐵磁體的用途非常廣泛,比如可(kě)用來(lái)製造靈敏的磁場(chǎng)探測器以及微機械設備(主要用於製造矽(guī)片(piàn)上的微米傳感器和微米電(diàn)機)中纖巧的傳動器等,而且磁致伸縮性設備不需要電線且(qiě)能由外部磁場進行控製。
為(wéi)了發現最好的金(jīn)屬混合比例(lì)以及處理(lǐ)工序,馬裏(lǐ)蘭大學的科學家竹內一郎領導(dǎo)的科研團隊製造出數百個細小的(de)測試懸臂梁,它們是10毫米長且看起來像跳水板的矽束。研究人員用(yòng)一薄層合金(jīn)將其包裹起來,並在整個懸臂梁陣列中慢慢改變鈷和鐵的比率。整個過(guò)程用到了兩種不同的熱處理方(fāng)法:先將合金加熱到最(zuì)高溫度,然後突(tū)然在水中淬火。淬火是一種傳(chuán)統的冶金技術,能將(jiāng)材料的微結構凝固於特定的狀態。
美國國家標準與技術研究院(NIST)和斯坦福同步輻射光(guāng)源(SSRL)的測量表明,新鈷鐵合金能在0.01特斯拉的磁場(chǎng)中展示出巨大的磁致伸縮效應。新合金擁(yōng)有精巧(qiǎo)的異質的納米尺度結構,在這種結構內,富含鈷的晶(jīng)體內(nèi)嵌貫穿於不(bú)同的富含鐵(tiě)的晶體結構內。竹內一郎表示,新合金的磁致伸縮效應比現有最好的(de)磁致伸縮材料??由稀土元素組成的(de)鋱鏑(dí)鐵合金差一點,但其優勢在於不使用稀土元(yuán)素。
NIST的材料學家威爾?奧斯本表示(shì),與普通壓電微設備相(xiàng)比,磁致伸(shēn)縮設備因便於在更微小的層麵上進行(háng)操作而吸引了(le)越來越多科學家的注意。壓電晶體通常是氧化物,它們易碎、常由鉛製成且很難製造;而最新的磁致伸縮合金由金屬(shǔ)製成,且更容易與目前的設備製造(zào)方法兼容,它們是製造下一代微機械設備的理想(xiǎng)材料。
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