[发明专利]一种测量磁场强度的新型器件及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种测量磁场强度的新型器件及制备方法和应用。

背景技术

当前，通用的测量磁场强度的方式是利用高斯计(又称特斯拉计)。高斯计的霍尔探头是根据霍尔效应原理制成的测量磁场强度的器件，由霍尔探头和测量仪表构成。霍尔探头在磁场中产生霍尔电压，测量霍尔电压并根据霍尔电压公式和已知的霍尔系数可确定被测磁场强度。首先，由于霍尔电压数值偏小，对于量程较大的高斯计，精确度和灵敏度低。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金。这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。其次，用高斯计测量磁场时，由于霍尔探头的电势低，连接电路外部接口和导线的电阻会影响测量结果的准确性。最后，一般用来制作霍尔探头的半导体材料主要有锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟等，有的材料(如锑化铟)禁带宽度很窄，工作的温度范围小，且在半导体中载流子的浓度随温度呈指数变化，会影响霍尔系数和霍尔电压。目前很多高斯计的测量结果中没有考虑温度对测量结果的影响，会造成不同温度下对同一磁场测得的结果不同，测量一致性较低。综上所述，需要一类新型测量磁场的器件具备以下特点：小场灵敏，大场不饱和，提高器件的精确性和灵敏度，在不降低器件测量小场时精确度的情况下，扩大工作范围；将连接电路外部接口和导线的电阻对结果的误差进一步减小，提高准确度；扩大器件工作的温度区间，并考虑温度对测量结果的影响，提高测量一致性。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量磁场强度的新型器件及制备方法和应用。

本发明的技术方案为：

一种测量磁场强度的新型器件，用传统的化学方法合成四氧化三铁/有机核壳结构复合材料，再用去离子水、无水乙醇、丙酮多次搅拌清洗去除四氧化三铁/有机核壳结构复合材料中残留的离子、有机物，用强磁铁收集材料，放入真空中进行室温干燥5小时，将干燥后的粉末压片、切割，制成器件所需形状，并制备电极，完成器件制备。

本发明测量磁场强度的新型器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)水热法制备铁磁性四氧化三铁纳米颗粒：配置七水合硫酸亚铁与六水合三氯化铁混合水溶液，其中七水合硫酸亚铁与六水合三氯化铁的摩尔比在1:2-5:8之间，六水合三氯化铁浓度为1mol/L，标记为溶液1；配置3.5mol/L氢氧化钠溶液，标记为溶液2；将溶液1和溶液2水浴加热至60±5℃，按照2:3的体积比将溶液1与溶液2混合，在60±0.5℃水浴环境中进行缩水反应、陈化反应5-30分钟，期间持续搅拌，制备得到5-15nm的铁磁性四氧化三铁纳米颗粒；

(2)有机单分子层包覆铁磁性四氧化三铁纳米颗粒：配制0.21mol/L的羧酸、磺酸或磷酸乙醇溶液，标记为溶液3，将溶液3水浴加热至60±0.5℃，步骤1中陈化反应结束后，将溶液3按3:4的体积比加入至溶液1、溶液2混合溶液中，滴加3mol/L盐酸溶液，调节溶液ph值至3.0，之后水浴加热混合溶液至70摄氏度进行包覆反应，反应时间为180分钟，反应结束后自然降温，制得四氧化三铁/有机核壳结构复合材料；

(3)用去离子水、无水乙醇、丙酮多次搅拌清洗去除四氧化三铁/有机核壳结构复合材料中残留的离子、有机物，用强磁铁收集材料，放入真空中进行室温干燥5小时，将干燥后的粉末压片、切割，制成器件所需形状，并制备电极，完成器件制备。

本发明测量磁场强度的新型器件的应用，用于测量磁场强度。

本发明用于测量磁场强度的具体方法为：在一系列不同温度点下，施加恒压测量0-9特斯拉标准磁场中的磁电阻，得到器件的标准曲线，通过测量器件在被测磁场中的磁电阻，对照标准曲线，得到被测磁场强度。

本发明复合材料是核壳纳米颗粒堆积而成的磁性隧道结网络结构。磁性隧道结网络结构是四氧化三铁铁磁性纳米颗粒表面化学组装有机单分子层，有机单分子层将铁磁性纳米颗粒有效分隔，在微观层面形成铁磁层/绝缘层/铁磁层结构的磁性隧道结，具有隧穿磁电阻效应。可以用磁电阻来表征磁场。本发明铁磁性四氧化三铁纳米颗粒直径5-15nm的类球状结构，在100-300K温度区间中具有超顺磁性，无矫顽力。这一特征用以保证器件测试曲线无矫顽场，且在磁场强度高达9T时不会出现饱和，扩大了器件的工作范围。本发明材料作为磁电阻随温度的增加而线性减小，工作的温度区间为100-300K，在测量外加磁场时需先测量温度，提高了在不同温度下对同一磁场的测量一致性。

本发明具有以下有益效果：