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磁电复合材料的性能研究及器件设计

【摘要】: 磁电材料是一类新颖的多功能材料,具有许多潜在的应用,不仅具有电、磁特性,而且电、磁之间存在耦合相互作用即磁电效应。基于目前已有的工作基础,本论文构造新的PZT/Terfenol-D磁电叠层复合材料来获得较高的磁电性能,进行了深入的实验研究。 第一:对PZT/Terfenol-D双层结构磁电复合材料进行研究,得出磁电性能随偏置磁场、谐振频率、不同位置磁电压分布等因素的变化规律。经过测试发现它们都具有了较好的磁电性能。 第二:制备了PMNT/Terfenol-D/PMNT三明治结构磁电复合材料,研究其电转换磁效率,实验结果显示这种结构具出了良好的磁电性能,其磁电系数是双层磁电复合样品的2倍多。并得到了该结构复合材料的谐振特征,磁电系数和相位差随频率变化的规律,还运用相关理论对实验结果进行了解释。 第三:基于以上研究基础,对PZT/Terfenol-D三层和双层的对称和非对称结构的电诱导磁效应(EIM)和磁诱导电效应(MIE)谐振特征进行细致地实验研究。经过测试得出了谐振频率附近MIE和EIM响应得到增强,谐振峰随磁场发生移动现象是由Terfenol-D在磁场中的声速变化引起,磁电性能与PZT和Terfenol-D的厚度比有关。又通过对样品中PZT层两种不同的电路连接方式,得出非对称复合样品的弯曲EIM谐振模量比对称复合样品的弯曲EIM谐振模量强的理论依据,为将来设计磁电设备提供有效参考。 第四:运用磁电复合材料对磁电原型器件进行了探索。将Rosen压电变压器和Terfenol-D合金复合制备成磁电原型器件,详细讨论了随着Terfenol-D厚度的减小,电诱导磁系数随Rosen压电变压器上位置移动的变化规律,发现此结构的磁电系数得到了很大提高,此结构的磁电性能有望得到进一步增强,如优化复合材料结构的参数。

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