磁流变体的巨磁效应.doc

磁流变体的巨磁阻效应 工物22 方侨光 2002012041 【实验概述】 磁流变液体是由高磁导性，低磁滞性的微米级软磁性颗粒和非导磁性液体组合而成的悬浮液，它的一些性质会随着外加电磁场的变化而发生改变，从而达到人们的预期要求，因而具有极大的应用价值。本实验即研究磁流变体随磁场变化的形态及其巨磁阻效应。 【实验原理】 基本原理 磁流变液体的基本原理是：在外加磁场的作用下，液体中的颗粒产生偶极矩，为达到能量最小，偶极子会排列成互相平行的沿磁场方向的链状结构，当磁场进一步加大时，这些链状结构进一步聚集，形成复杂的团簇结构。 具体地说，在水平方向的磁场作用下，磁性颗粒将聚集在一起，形成链状结构。撤去水平方向的磁场后，由于剩磁，磁偶极子间的相互作用使得链状结构仍然存在。这时，将磁场方向改为竖直向上，磁场大小从零开始逐渐增大。此时，磁性颗粒仍保持链状，但其末梢将抬起，趋向于与磁场方向平行。随着磁场的加大，其链状结构完全与磁场方向平行，达到能量最低状态。 正因为在不同强度的磁场下，磁流变体中的磁性颗粒排列不同，从而在宏观上，引起了其电阻的变化。 实验材料和实验仪器 实验材料：羰基铁粉，直径。石墨粉，导电用。色拉油，做悬浮液。 实验仪器：电磁铁，直流稳压电源，数字电压表，显微镜，CCD图像采集系统，天平，简易样品盒。 【实验结果】 用铁粉与油的混合液体在显微镜下直接观察，变化状况如下图所示： 原始状态（未加磁场）：无特别结构 加一水平方向磁场：呈现链状结构（注：磁场强度为0.57G。此时电磁铁两端电压为5.0V，通过电磁铁线圈的电流大小为0.37A。） 去磁场，并翻转90度：链状结构无改变 开始加横向磁场：链状结构仍维持，但开始转向 磁场逐渐加大：转向更加明显，链状结构也更清晰 继续加大，链状结构已经非常明显 最终形态 巨磁阻的测量 实验室提供的样品盒（测电阻接头为十字） 条件1：磁场方向与样品盒长边垂直。 表格中，B为磁场强度，R1、R2分别是两个万用表所测得的电阻。 0 ∞ ∞ 101.1 242 ∞ 201.3 40.3 ∞ 301.9 33.9 ∞ 395 22.8 ∞ 498 15.4 ∞ 607 15 50 707 22 20 795 30 40 889 14 10 998 16 11 图1：磁场方向和样品盒长边垂直时测得的纵向电阻和横向电阻 随磁场强度变化关系图（无穷大的点没有画出，下同） 分析： 在为加磁场时，电阻很大；在加磁场之后，R1迅速减小，R2虽也减小，但幅度不大。电阻减小的原因是因为铁粉在液体中形成了链状结构，增强了悬浊液的导电性的缘故。 当电阻降低到一定大小之后，实际大小在测量过程中并不稳定，但上下浮动不大，其量级基本保持不变，可以推测，在磁场强度大约达到200mT之后，铁粉的链状结构已基本形成，再加大磁场其变化不大，故而不会再引起电阻有量级上的变化。 可以推测R2应该是长边的电阻，也即与磁场垂直方向上的电阻，理由是：铁粉的链状结构是延磁场方向的，在竖直方向上并没有形成链状结构，故而R2比较大。至于R2会稍有减小，原因可能是铁粉排列比初始状态要整齐的缘故。 条件2：磁场方向与样品盒短边垂直。 0 15 ∞ 99 2 ∞ 197 40 3 298 10 1.5 410 1 2 495 12 9 605 2 2 695 4 18 795 20 16 901 8 17 981 4 15 图2：磁场方向和样品盒短边垂直时测得的 纵向电阻和横向电阻随磁场强度变化关系图 分析： 电阻在测量过程中跳动比较厉害，很难准确测量。 阻值比条件1中的要大。原因可能是铁粉延样品盒长边形成链状结构，中间容易断裂，从而影响导电性能。 自制样品盒（石墨和铁粉质量比为4：1，少量油，粘稠，测电阻接头为两个一字） 条件1：磁场方向与样品盒长边垂直。 0 1300 16500 94 1000 9400 201 5.7 5.8 300 7.0 7.0 509 5.6 5.4 595 5.2 5.3 699 5.5 5.5 803 6.5 6.8 898 6.0 6.0 992 5.7 5.7 图3：磁场方向和样品盒长边垂直时测得的 纵向电阻和横向电阻随磁场强度变化关系图 分析： 由于自制样品盒是一字形的接头，两个万用表测的其实是同样条件下的电阻，理论上讲二者差别应该不大。从实验结果上看，在加了一定大小的磁场之后两者差别非常小。右图是上图的局部放大（B大于200mT时），可以清楚地看到这一点。 未加磁场或磁场较小的时候二者电阻差别较大。我怀疑是没有悬浊液不够均匀的缘故。