随着物联网技术的迅速发展,在汽车电子、机器人技术、生物医药、自动化控制、矿物探测、现代军事等领域,需要一些新型的、小型化的、高性能的、高灵敏度的和响应速度快的磁敏传感器来检测环境周围的参数如：磁场、速度、转速、位移、角度、扭矩等。巨磁阻抗效应(GMI)作为一种新兴的磁传感技术,相比于传统的霍尔传感器、巨磁电阻传感器,具有更高的信号输出强度和更高的弱磁场灵敏度；相比于超导量子干涉仪、磁通门传感器具有更低的成本和更小的尺寸；相对于质子磁力仪、光泵磁力仪等大型磁场探测系统,具有更好的便携性。从材料体系上分析,传统的GMI材料主要是软磁非晶丝,非晶带,复合结构丝和软磁多层膜。其中,通过极冷快淬工艺制备的非晶丝、非晶带的GMI效应最佳,但是其直径或者厚度都在几十微米左右,并且韧性差、脆性强,难以进行集成和加工；采用电镀方法制备的磁性同轴复合结构丝虽然生产成本有所降低,但是难以采用半导体工艺进行大规模集成。薄膜材料可以采用半导体工艺实现加工集成,但是单层薄膜的GMI效应在低频(几兆赫兹)下很弱,通常只有百分之几；多层薄膜的厚度一般在1～2微米,其GMI效应在高频(百兆赫兹)下较强,在低频下仍然较弱,难以体现GMI效应的优势。从物理起源上分析,GMI效应主要归因于高频下材料的趋肤深度对阻抗的影响。在磁性材料中,趋肤深度和材料的电导率、磁导率有很强的依赖关系。通常,人们通过各种退火方式(加场退火、电流退火等)来增强材料的横向磁导率,以提高其GMI特性。但在薄膜材料体系中,由于其厚度远小于高频下的趋肤深度,通过趋肤深度理论并不能解释其中所有实验现象,所以薄膜中GMI效应往往通过在导体层和磁性层中加入绝缘层隔离或者调控电导率、磁导率等方法来实现增强。如何在经典材料体系中寻找增强GMI效应的方法,并在更小的尺寸下设计、制备出具有更高GMI效应及高磁场灵敏度的材料,成为本论文的出发点。本论文中,一方面针对传统典型GMI非晶带材料做改性处理,通过诱导各向异性、改善软磁特性等方法优化材料的GMI效应；另一方面,我们尝试通过增强材料的“横向磁导率”出发,探寻新型复合材料的GMI性能。研究的主要内容包括以下几个方面：1.对制备态的Fe75.5Si13.5B9Nb3Cu1非晶带样品,采用真空磁场快速热处理、激光烧蚀、应力弯曲等方法对其进行处理,希望分别通过改善材料的软磁特性、诱导各向异性等方式来改善材料的GMI效应。首先,研究热处理过程中的退火温度、升温速率对其结晶性、软磁特性、GMI特性的影响；第二,研究了激光烧蚀条带的宽度、方向对其GMI曲线的幅值、峰位的影响；第三,研究不同弯曲曲率对非晶带GMI效应的影响；最后,通过测试过程中施加偏置电流,研究偏置电流的大小、方向对其GMI特性的影响。2.基于GMI效应起源于材料的“横向磁导率”这一基本观点,引入薄膜和纳米线之间的交换耦合作用,以增强薄膜中的“横向磁导率”。一方面,实验中改变纳米线的相关参数：在阳极氧化铝(AAO)模板的制备过程中,调控模板的孔洞直径,研究纳米线部分的直径对其纳米刷子复合结构GMI效应的影响,实验发现50nm直径的纳米线组成的纳米刷子GMI性能最优；在电沉积纳米线的过程中,控制沉积液的成分比例,研究纳米线成分对其GMI效应的影响,实验证明具有较大交换积分常数的Co纳米线组成的纳米刷子GMI性能最好；调节温度和pH值实现对Co纳米线织构的调控,研究纳米线织构对其GMI特性的影响,发现具有(100)织构的Co纳米线对纳米刷子GMI效应的增强最明显。另一方面,实验中改变薄膜的相关参数：改变溅射时间,研究不同厚度的薄膜对其纳米刷子GMI特性的影响；设计多层结构(FeNi/Cu/Fe Nanowires),研究中间Cu层厚度对其GMI效应的影响,实验发现当中问层厚度小于5nm时GMI增强作用明显。这说明是由于磁性薄膜和纳米线之间的交换作用使得纳米刷子GMI效应增强的。最后,为了能够对纳米刷子结构的设计增加更大的自由度,我们采用微纳加工的方法,设计FeNi\FeCo复合纳米结构并研究了其GMI特性。结果发现,我们设计的纳米刷子结构在低频下具有较高的GMI效应(优于300%)和优秀的磁场灵敏度(优于45%/Oe),能够满足GMI效应传感器的实际应用,并且性能高于很多传统材料。3.研究新型碳基软磁材料的GMI效应。一方面,对商业化的碳纤维进行预处理,并电镀磁性层。研究不同成分的磁性镀层对其复合结构的GMI效应的影响；另一方面,通过不同方法制备了石墨烯,并研究了不同方法制备的石墨烯/软磁复合结构的GMI特性。除此之外,我们积极探索GMI效应的应用前景。使用我们的样品对人民币上的磁性部分进行探测；探索X-Y-Z三个方向非晶带对磁场的响应,发现采用非晶带材的GMI效应可以实现对三维磁场的探测。另外,我们希望能够直观的测量出交流情况下材料的横向磁导率。通过磁光克尔效应,我们发现材料的横向磁导率在不同的时刻可以通过该时刻的克尔电压信号进行反映,因此我们尝试测量了较低频率下非晶带的横向磁导率。