Abstract
In this paper, a sensor material with Fe/Zr multilayer thin film, in which the change in the magnetization and strain with hydrogenation is maximized, were developed. Compositionally modulated (CM) Fe/Zr multilayers with a $Fe_{80}Zr_{20}$ composition and modulation wavelengths ($\lambda$) $3~50{\AA}$ were deposited by sequentially sputtering (RF diode) elemental Fe and Zr targets. The films were electrolytically hydrogenated to select the optimum Fe/Zr multilayers that show the maximum increases in the magnetization and strain with hydrogenation. The changes in the magnetic properties of the thin films after hydrogenation, were measured using a hysteresis graph and a vibrating sample magnetometer (VSM), and the strains induced in the films by hydrogenation were also measured using a laser heterodyne interferometer (LHI). The optimum sensor material selected was incorporated in a fiber-optic hydrogen sensor (that can sense indirectly amount of hydrogen injected) by depositing it directly on the sensing arm of a single-mode fiber Michelson interferometer. The developed sensor holds significant promise for non-destructive test evaluation (NDE) applications because it is expected to be useful for detecting easily and accurately the subsurface corrosion in structural systems.
본 논문에서는 수소($H_2$)의 주입에 따라(자기적 성질)와 strain (elastic 성질)의 변화가 최대가 될 수 있는 Fe/Zr 다층박막으로 구성된 센서재료를 개발하였다. Sputtering (RF diode) 진공 적층 시스템을 이용하여 srqurntial supttering 빙식으로 변조파장($\lambda$)이 $3{\AA}{$\leq}{\lambda}{$\leq}50{\AA}$이고 $Fe_{80}Zr_{20}$의 성분을 가진 compositionally modulated(CM)된 Fe/Zr 다층박막을 적층 시킨 후 전기분해 방법으로 수소를 주입 시켜 수소에 의해 변화된 자화 및 strain 이 최대가 되는 Fe/Zr 박박을 선택하였다. 박막 재료가 수소화된 자기적 성질의 변화는 자화 및 stain 이 최대가 되는 Fe/Zr 박막을 선태하였다. 박막 재료가 수소화된 후의 자기적 성질의 변화는 히스테리시스 graph와 vibrating sample magnetometer (VSM)를 통해, 그리고 strain 의 변화는 laser heterodyne interferometer (LHI)등으로 분서되어 졌다. 선택된 최적의 센서재료는 single-mode 광섬유를 이용한 Michelson interometer의 sensing arm에 직접 coating 되어 주입된 수소의 양을 간접적으로 측정할 수 잇는 Fiber-optic H2 gas 센서에 응용되엇다. 개발된 센서는 진단하고자 하는 구조물 내의 부식(수소화에 의한) 정도를 손쉽고, 정확하게 감지할 수 있을 것으로 기대 되므로 비파괴 검사(non-destrucive test evaluation; NDE) 응용에 사용될 수 있다.
