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磁电复合材料结构对磁电性能的影响

【摘要】:层状磁电复合材料在室温下具有较好的磁电耦合性能,受到广泛关注。为进一步增强磁电性能,探究影响层状磁电复合材料磁电性能的因素,本文从层状磁电复合材料的结构入手,选取不同的磁致伸缩材料,通过调整结构因素来制备层状磁电复合材料,以分析结构因素对层状磁电复合材料磁电性能的影响规律。本文首先建立理论模型来阐释磁电电压系数与界面耦合系数的关系,并利用导电银胶制备出多层结构的Terfenol-D/PZT磁电复合材料,发现多层结构中界面缺陷的存在导致界面能量损耗随着层数的增多而增加,从而降低了界面耦合系数,并进一步导致磁电电压系数下降。多层结构Terfenol-D/PZT磁电复合材料谐振频率的实验数值与理论计算值十分相符,与层数无关。其次,本文还研究了不同应力模式对复合材料磁电性能的影响,分别将Ni片和Fe Co片按不同的顺序黏结到PZT片上,以获得三种不同的应力模式:(i)弯曲应力模式(BES),(ii)纵向应力模式(LES),(iii)扭转应力模式(TES)。在最佳偏置磁场下,TES模式获得的磁电电压系数最大,在弯曲谐振频率和纵向谐振频率下分别为3.97和4.23 V/cm Oe。最后,本文制备出三个完全相同的层状磁电复合材料Ni/PZT/Terfenol-D,然后在其两端黏结无磁性玻璃片以获得三种不同的应力边界条件:(i)两端自由(F-F),(ii)一端固定一端自由(C-F),(iii)两端固定(C-C)。在1-140 k Hz内,三种不同边界条件下实验获得的多个谐振频率与理论计算值十分相符,并且在C-F模式中存在六个谐振频率,这使其可以应用于多频器件中,同时使用其中的低谐振频率可以降低磁致伸缩相的涡流损耗以增加设备的使用寿命。

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