一種不依賴溫度的線性磁電阻材料及其制備方法及應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種不依賴溫度的線性磁電阻材料及其制備方法與應(yīng)用，所述材料由石墨膜構(gòu)成，該材料的磁阻效應(yīng)在低溫和常溫時都具有良好的線性并基本不隨溫度變化。在磁場為9T下，該石墨膜材料在2K時磁電阻(MR)為96％，300K時的MR達到118％。基于上述特點，本發(fā)明專利技術(shù)得到的石墨膜可以廣泛應(yīng)用于制備各類磁傳感器，基于其磁阻不依賴溫度的線性響應(yīng)，其所制備的石墨膜磁傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)高精度和寬溫區(qū)的測量，特別適合應(yīng)用于強磁場的測量。特別適合應(yīng)用于強磁場的測量。特別適合應(yīng)用于強磁場的測量。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種不依賴溫度的線性磁電阻材料及其制備方法及應(yīng)用


[0001]本專利技術(shù)屬于磁電阻材料
，具體涉及一種不依賴溫度的線性磁電阻材料及其制備方法及應(yīng)用。

技術(shù)介紹

[0002]1833年美國科學家開爾文首先發(fā)現(xiàn)在磁場作用下導(dǎo)體的電阻會發(fā)生變化。隨后，人們發(fā)現(xiàn)某些金屬或半導(dǎo)體的電阻率隨磁場增加而增加，并將這一現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。半導(dǎo)體磁阻效應(yīng)分為兩類，一類是材料本身的磁阻效應(yīng)，稱為物理磁阻效應(yīng)；另一類是由于半導(dǎo)體的形狀結(jié)構(gòu)不同，在同樣的磁場作用下，其電阻增加率不一樣，這種與半導(dǎo)體形狀尺寸有關(guān)的磁阻效應(yīng)稱為幾何磁阻效應(yīng)。我們把電阻的變化定義為其中R(H)為外磁場H下的電阻，R(0)為外磁場為0時的電阻。
[0003]磁阻效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛，常見的磁阻效應(yīng)分為四種：巨磁阻效應(yīng)(GMR)，超巨磁阻效應(yīng)(CMR)，隧道磁阻效應(yīng)(TMR)，各向異性磁阻效應(yīng)(AMR)。所謂巨磁阻效應(yīng)，是指某些磁性或合金材料的磁阻R在一定磁場作用下急劇減小、而ΔR/R急劇增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性與合金材料的磁阻約高10倍。利用這一效應(yīng)制成的傳感器稱為GMR傳感器。GMR效應(yīng)是一種量子力學和凝聚體物理學現(xiàn)象，可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層(幾個納米厚)結(jié)構(gòu)中觀察到。GMR效應(yīng)在高密度讀取磁頭、磁存儲元件上有著廣泛的應(yīng)用。但是普通GMR材料的飽和磁場較小，一般只能用來測微弱磁場。超巨磁阻效應(yīng)是一種凝聚體物理學現(xiàn)象，是指材料在磁場中的電阻會發(fā)生顯著下降的現(xiàn)象。超巨磁阻效應(yīng)的磁阻隨著外加磁場變化而產(chǎn)生數(shù)個數(shù)量級的變化。由于其相變溫度較低，不像巨磁阻材料可在室溫下展現(xiàn)其特性，因此離實際應(yīng)用還有一定的距離。
[0004]磁場的測量/檢測具有重要的技術(shù)意義，目前已開發(fā)出各種類型的磁場傳感器。顯然，磁阻效應(yīng)正是可用于此目的，基于AMR效應(yīng)的磁阻傳感器在幾十年前就已被廣泛應(yīng)用于測量或探測磁場。在當今的硬盤驅(qū)動器中，讀磁頭幾乎完全使用巨磁電阻原理，利用一種所謂的自旋閥結(jié)構(gòu)。1997年的引入使磁存儲密度進一步保持高速率增長成為可能，GMR性能保證了這一趨勢甚至在未來也能繼續(xù)下去。可以預(yù)料到MR在磁場測量、磁阻傳感器和磁存儲方面擁有巨大的應(yīng)用潛力。目前已經(jīng)有研究在石墨和石墨基材料中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)。
[0005]一般來說，傳統(tǒng)金屬中的MR小于幾個百分點，可以忽略不計，并且在高磁場下達到飽和。在過去的幾十年里，在零帶隙半導(dǎo)體如Ag2±
δ
Se、Ag2±
δ
Te、InSb，多層石墨烯，拓撲結(jié)晶絕緣體，拓撲絕緣體和狄拉克材料Cd3As2中觀察到了線性相關(guān)的磁電阻(LMR)，即電阻隨著磁場的增加而線性增加。這些材料大部分的磁電阻在不同溫度時差別較大：低溫時磁電阻很大，到了高溫段磁電阻值較小。若材料應(yīng)用于一些磁傳感器時就會因為在高溫環(huán)境下而降低傳感器的精度。
[0006]專利CN112938961A《一種在線催化還原法制備石墨的裝置及方法》采用最普遍的H2/Fe催化還原方法制備了一種用于在線催化水體樣品石墨化裝置。該裝置摒棄傳統(tǒng)的利
用真空系統(tǒng)的方法提取樣品中的CO2，采用在設(shè)計的密閉氣路中，利用氦氣吹掃酸化樣品，并將吹掃出的CO2氣體通過凈化除雜后，進入催化還原管，在H2及鐵粉的作用下，還原為石墨碳。可以有效地避免大氣泄露，對石墨化樣品的沾污，同時可以對水體樣品所產(chǎn)生的易揮發(fā)雜質(zhì)氣體進行凈化，避免催化劑和還原劑的失效。通過控制H2流速、He流速、反應(yīng)酸化溫度、鐵粉含量和反應(yīng)爐溫度，來控制石墨化的反應(yīng)的進程。通過對排空氣體中CO2及CH4含量的檢測，判斷石墨化反應(yīng)的完成進度。但是，反應(yīng)裝置比較復(fù)雜，操作比較困難，因而限制了產(chǎn)量；反應(yīng)需要在高溫條件下進行，所需時間較長，而且反應(yīng)條件要求很高，因此使得其生產(chǎn)成本比較高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0007]為了解決現(xiàn)有材料中存在的問題，本專利技術(shù)提供了一種不依賴溫度的線性磁電阻材料及其制備方法與應(yīng)用。所述材料由石墨膜構(gòu)成，該材料的磁阻效應(yīng)在低溫和常溫時都具有良好的線性并基本不隨溫度變化。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案如下：
[0009]一種不依賴溫度的線性磁電阻材料的制備方法，包括以下步驟：
[0010]S1：將非晶石墨加入到濃硫酸中攪拌得到混合溶液；再加入KMnO4攪拌，所有攪拌過程全程在冰浴條件下進行；將上述混合液轉(zhuǎn)移到水浴中，向混合液中緩慢加入KNO3并攪拌；后將去離子水連續(xù)加入到上述混合液中，將混合液轉(zhuǎn)移到油浴中并攪拌；
[0011]S2：將H2O2加入步驟S1所得的混合液中，繼續(xù)反應(yīng)直至溶液從深棕色變?yōu)榱咙S色；將水合肼與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合溶液加入到亮黃色混合液中反應(yīng)；將還原劑加入到反應(yīng)后的混合液中，得到黑色粉末，粉末依次用水和乙醇清洗，離心，干燥；
[0012]S3：將干燥后的粉末加入到模具中，模壓得到石墨膜，即所述不依賴溫度的線性磁電阻材料。
[0013]進一步地，步驟S1中，非晶石墨的純度為99％，非晶石墨與濃硫酸的質(zhì)量體積比為0.005～0.1g/mL；非晶石墨加入濃硫酸中攪拌的時間為20～40min。
[0014]進一步地，步驟S1中，KMnO4與非晶石墨的質(zhì)量比為4～8；加入KMnO4攪拌的時間為20～40min。
[0015]進一步地，步驟S1中，KNO3與非晶石墨的質(zhì)量比為6～10；向混合液中加入KNO3并攪拌的時間為40～80min，水浴溫度為10～30℃。
[0016]進一步地，步驟S1中，非晶石墨與去離子水的質(zhì)量體積比為0.01～0.017g/mL；將混合液轉(zhuǎn)移到油浴中并攪拌的時間為20～40min，油浴溫度為60～100℃。
[0017]進一步地，步驟S2中，非晶石墨與H2O2的質(zhì)量體積比為0.1～0.125g/mL；繼續(xù)反應(yīng)的時間為40～80min。
[0018]進一步地，步驟S2中，水合肼與PVP混合溶液的體積比為V
水合腈
∶V
PVp
＝2∶1，其中PVP的質(zhì)量濃度為1～15wt％；水合肼與PVP混合溶液加入到亮黃色混合液中反應(yīng)的時間為30～120min，溫度為40～80℃。
[0019]進一步地，步驟S2中，還原劑為乙酸或者氫碘酸；加入量為20mL。
[0020]進一步地，步驟S2中，所述干燥的溫度為40～60℃，干燥的時間為12～36h。
[0021]進一步地，步驟S3中，所述模壓的條件為：壓力1～10Mpa，溫度800～950℃，真空度
＜0.1Mpa。
[0022]本專利技術(shù)還提供了由上述制備方法制得的一種不依賴溫度的線性磁電阻材料。
[0023]本專利技術(shù)得到的一種不依賴溫度的線性磁電阻材料可以廣泛應(yīng)用于制備各類磁傳感器。基于其磁阻不依賴溫度的線性響應(yīng)，其所制備的磁傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)高精度和寬溫區(qū)的測量，特別適合應(yīng)用于強磁場的測量。
[0024]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點和有益效果：
[002本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種不依賴溫度的線性磁電阻材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：將非晶石墨加入到濃硫酸中攪拌得到混合溶液；再加入KMnO4攪拌，所有攪拌過程全程在冰浴條件下進行；將上述混合液轉(zhuǎn)移到水浴中，向混合液中加入KNO3并攪拌；后將去離子水連續(xù)加入到上述混合液中，將混合液轉(zhuǎn)移到油浴中并攪拌；S2：將H2O2加入步驟S1所得的混合液中，繼續(xù)反應(yīng)直至溶液從深棕色變?yōu)榱咙S色；將水合肼與PVP的混合溶液加入到亮黃色混合液中反應(yīng)；將還原劑加入到反應(yīng)后的混合液中，得到黑色粉末，粉末依次用水和乙醇清洗，離心，干燥；S3：將干燥后的粉末加入到模具中，模壓得到石墨膜，即所述不依賴溫度的線性磁電阻材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不依賴溫度的線性磁電阻材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，非晶石墨與濃硫酸的質(zhì)量體積比為0.005～0.1g/mL；非晶石墨加入濃硫酸中攪拌的時間為20～40min；KMnO4與非晶石墨的質(zhì)量比為4～8；加入KMnO4攪拌的時間為20～40min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不依賴溫度的線性磁電阻材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，KNO3與非晶石墨的質(zhì)量比為6～10；向混合液中加入KNO3并攪拌的時間為40～80min，水浴溫度為10～30℃；非晶石墨與去離子水的質(zhì)量體積比為0.01～0.017g/mL；將混合液轉(zhuǎn)移到油浴中并攪拌的時間為20～4...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張弜，龍文，王鍇，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：