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低磁噪声、易加工的聚苯乙烯接枝非晶合金复合材料在超低频极弱磁场测量中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-07-01  浏览次数:2414
在当今科技迅猛发展的时代,对磁场的精确测量与控制已成为许多高科技领域的关键技术。特别是在生物磁学、量子计算和精密仪器等领域,对超弱磁场的测量精度要求极高。然而,现有的测量技术常常受到环境磁场噪声的干扰,限制了测量的灵敏度和准确性。为了实现在“零场”条件下的突破性进展,必须开发出具有高磁导率、低磁噪声和良好加工性能的新型材料。钴基非晶合金(Co-MG)因其超高品质因数和极低的功耗损失,被认为是屏蔽(近)静态磁场和解决超弱磁场测量精度限制的有希望的候选材料。但是,非晶合金的脆性和在低于100 Hz的磁场下磁性能理解不足,限制了它们的广泛应用。

基于此,来自北京航空航天大学的孙津济教授团队等成功开发了一种新型的聚苯乙烯(PS)接枝钴基非晶合金(Co-MG)复合材料。与现有的高导磁材料相比,如铂镍合金和锰锌铁氧体,这种新型复合材料在超低频下展现出了更低的磁噪声和更高的磁导率。相关研究成果以“Low magnetic noise, easy-to-process polystyrene-grafted amorphous alloy composites for extremely-weak magnetic measurement at ultra-low frequency”为题在Materials Today Advances上发表。

研究人员开发的Co-MG和PS接枝Co-MG复合材料,为超弱磁场测量提供了一种创新的解决方案。通过控制PS链的接枝比例,研究者们实现了材料加工性、磁噪声水平和磁屏蔽效果之间的最佳平衡。具体来说,Co-MG-(g-PS_35%)复合材料在初始磁导率上比铂镍合金提高了40%,在饱和磁化强度上提高了48%,同时在屏蔽区域内的剩余磁感应强度降低了71%。与Mn–Zn铁氧体相比,复合材料的功率损耗和μ″/μ′^2值低了一个数量级,导致1Hz时的磁噪声降低了85%。Co-MG-(g-PS_35%)复合材料在保持与纯PS相似的流变行为和机械性能的同时,显著降低了磁噪声,提高了磁导率,有望在量子传感和超弱磁场测量领域实现突破性应用。这项工作不仅推动了材料科学的发展,也为相关技术领域带来了新的可能性。

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