磁彈性材料共振特性研究以及在液體粘度和重金屬離子檢測(cè)的應(yīng)用.pdf

1、磁彈性傳感器具有高靈敏度、低成本和非接觸測(cè)量等諸多優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注，因此在無(wú)損檢測(cè)、生物活體檢測(cè)、食品安全和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)磁彈性材料的共振特性進(jìn)行研究，將磁彈性傳感器應(yīng)用于液體粘度測(cè)量和重金屬離子檢測(cè)，并研制了便攜式磁彈性傳感器共振頻率測(cè)量裝置。論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1)搭建了磁彈性材料共振頻率測(cè)量平臺(tái)，利用該平臺(tái)研究了三種磁彈性材料(METGLAS2826MB、1K107和107K)

2、的共振特性、共振模態(tài)、以及直流偏置磁場(chǎng)、交變激勵(lì)磁場(chǎng)、退火處理、材料長(zhǎng)度和掃描點(diǎn)數(shù)等可變參數(shù)對(duì)磁彈性材料共振特性的影響。研究發(fā)現(xiàn):三種磁彈性材料都具有多個(gè)共振頻率。METGLAS2826MB在30kHz～280kHz范圍具有五個(gè)幅值較大的共振峰。低階（n=1～4）共振峰的共振頻率和半高寬度基本成線性分布，而高階（n=5）則出現(xiàn)非線性變化。直流偏置磁場(chǎng)的方向和大小影響METGLAS2826MB材料的共振模態(tài)。優(yōu)化交流偏置磁場(chǎng)可提高共振曲線

3、的平滑度，避免產(chǎn)生毛刺和分叉，從而提高共振頻率的準(zhǔn)確性。提高質(zhì)量負(fù)載的均勻度則可避免磁彈性傳感器的錯(cuò)誤響應(yīng)。
　　2)研究了液體粘度對(duì)METGLAS2826MB材料的共振特性的影響，并將METGLAS2826MB材料用于人體血液粘度的測(cè)量。通過(guò)對(duì)比不同共振模態(tài)下METGLAS2826MB材料的共振頻率對(duì)液體粘度的響應(yīng)，高頻率的共振模態(tài)具有更高的靈敏度。
　　3)提出了一種基于Metglas2826MB材料的置換反應(yīng)快速檢測(cè)液

4、體中重金屬離子的方法。該方法利用低成本的磁彈性材料，無(wú)需任何表面功能化修飾，直接與待測(cè)重金屬離子溶液接觸。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):METGLAS2826MB材料可以與硝酸鉛或者硫酸銅溶液發(fā)生反應(yīng)。材料表面鐵的含量隨著時(shí)間不斷減少，而鉛則不斷增加。被置換出來(lái)的鉛或銅均勻地附著在磁彈性材料表面。METGLAS2826MB材料的共振頻率偏移量隨著測(cè)試溶液濃度的增加而變大。對(duì)于濃度為5mg/ml～25mg/ml的硝酸鉛溶液，6mm×3mm×30μm的ME