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层状磁电复合材料结构对磁电性能的影响

【摘要】:磁电效应包括直接磁电效应和可逆磁电效应,相比于单相磁电材料,层状磁电复合材料表现出更好的磁电耦合性能,因此受到了广泛的研究和应用。为进一步增强复合材料的磁电性能,探究影响层状磁电复合材料磁电性能的因素,本文通过粘结法和化学镀法制备了几种磁电复合物,用以探究不同磁致伸缩材料以及结构对层状磁电复合材料磁电性能的影响。本文首先通过化学镀方法制备了FeCo(外层)/PZT(夹层)/Ni(内层)和Ni/PZT/FeCo三层长圆筒状磁电复合材料,研究在径向和轴向两种模式下圆筒的直径、高度以及Ni和FeCo在PZT内外层不同的顺序对圆筒状磁电复合材料磁电性能的影响。当圆筒高度不变时,随着圆筒直径的增加,层状磁电复合材料的磁电转换系数和共振频率逐渐下降,但最优偏置磁场不变。当圆筒直径不变时,随着圆筒高度的增加,层状磁电复合材料的最优偏置磁场不变,但其磁电转换系数逐渐增大,但共振频率逐渐减小。此外,由于Ni和FeCo不同的磁致伸缩性能,在两种模式下,FeCo/PZT/Ni比Ni/PZT/FeCo有更大的磁电转换系数。本文还通过导电银胶粘结法将负磁致伸缩Ni层和正磁致伸缩Terfenol-D层粘结在压电PZT层上,制备了Ni-Terfenol-D-Ni/PZT、Terfenol-D-Ni-Terfenol-D/PZT、Ni/PZT和Terfenol-D/PZT四种双层平板状磁电复合材料。相比于其他三种磁电复合材料,Ni-Terfenol-D-Ni/PZT复合物在低的偏置场和共振频率下,有更大的磁电转换系数。这主要得益于高磁导率的Ni有聚集磁通的作用以及它与Terfenol-D之间的应力耦合作用。其次,本文还研究了Ni-Terfenol-D-Ni/PZT和Terfenol-D/PZT磁电复合物的逆磁电效应,结果表明,相比于比传统的Terfenol-D/PZT磁电复合材料,Ni-Terfenol-D-Ni/PZT有更好的逆磁电效应,出现三个共振频率,在偏置场为230 Oe和共振频率为43 kHz下,逆磁电系数达到6.2×10~(-7) s/m。这使该复合材料可用于多频设备,且低的共振频率有利于减小其涡流损耗。

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