基于高性能Metglas/PMNT的MPP结构磁电复合材料的交流极化研究

近年来,基于高性能Metglas/PMNT的磁电复合材料的弱磁传感器受到广泛关注。随着磁电复合材料的深入研究,发现Multi-Push-pull磁电复合材料具有磁电系数高,内部噪声低等诸多优点,在弱磁场探测领域展现出巨大的应用前景。考虑到MPP结构的磁电复合材料的通常使用的是三方相的PMNT单晶和Metglas非晶合金,使用交流极化(ACP)方法改善MPP结构磁电复合材料的磁电响应。采用交流极化的方法来提升PMNT单晶的性能,通过探索不同的极化条件(包括极化温度、极化电压和极化频率)来提升MPP结构磁电复合材料的磁电系数,从而提升磁电传感器的弱磁探测能力。

BiFeO_(3)⁃NiFe_(2)O_(4)复合多铁薄膜的微观结构及磁电耦合研究

结合透射电子显微镜和多模式原子力显微镜技术,本文探索研究了生长在Nb:SrTiO_(3)上的BiFeO_(3)⁃NiFe_(2)O_(4)复合薄膜的微观结构和磁电耦合性能。衍衬分析和选区电子衍射表明BiFeO_(3)和NiFe_(2)O_(4)在沉积过程中发生相分离并自组装外延生长形成纳米复合结构。进一步利用像差校正透射电子显微镜揭示了BiFeO_(3)与NiFe_(2)O_(4)两相间的界面和相分离细节;BiFeO_(3)基体中存在大量的层状缺陷和氧空位片,造成局部晶格膨胀和复杂的极化分布。多模式原子力显微镜测量证明了复合薄膜具有良好的铁电翻转和保持性能,以及较低的漏电流和明显的磁电耦合。本工作呈现了一种自组装复合多铁材料的制备与表征,期望为未来微电子器件设计提供借鉴和指导。

一种柔性磁电复合材料让磁场发电

俄罗斯莫斯科电子技术学院研发出一种能将地球磁场转换为电流的新型柔性材料,其可以成为计算机和智能植入物的一部分。相关研究发表在《磁学和磁性材料杂志》上。磁电材料是一种可以将磁场能量转换为电能(逆效应)的材料,在电场的影响下也会导致磁化(正效应)。这种材料的类似物在现代汽车中随处可见,如速度传感器、发动机转速传感器等。但目前磁电材料有一个显著缺点:基板脆弱且无法弯曲。这使其无法用于制造植入物或柔性电视和智能手机屏幕。

磁电弹性材料中圆弧形裂纹的反平面断裂问题

利用广义复变函数理论和保角映射技术,研究磁电弹性复合材料中圆弧形裂纹在无穷远处受到沿磁电极化方向的磁/电载荷和反平面机械载荷的共同作用下的反平面问题,给出应力场及位移场的精确解析解,并获得在磁电全非渗透及全渗透边界条件下圆弧裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析解。基于数值解进行数值分析,由数值结果表明:控制圆弧形裂纹半弦长与弓高比值的减少,可以提高材料的可靠性能;在两种边界条件下,机械载荷的不断增加最终会促进裂纹的扩展;在磁电全渗透边界条件下,裂纹扩展不受磁/电载荷的影响,但与材料常数和机械载荷的大小水平有关;在磁电全非渗透边界条件下,正(负)磁/电载荷的增加会阻碍裂纹扩展。

磁电弹性材料中具有非理想界面的增强纳米圆孔的反平面问题

基于Gurtin-Murdoch表/界面模型和弹簧层界面模型,研究无限大磁电弹性复合材料基体中具有非理想界面的增强纳米圆孔的反平面剪切问题。利用广义自洽法和复变函数理论得到增强相和基体相弹性场的精确解及磁电弹性复合材料的有效性能。通过数值算例,分析非理想参数、涂层的体积分数对磁电弹性复合材料有效性能以及基体中弹性场的影响规律。结果表明:当圆孔和涂层的尺寸非常小的情况下,非理想界面和表/界面效应对磁电弹性复合材料的有效性能、孔边周围弹性场有显著影响。通过改变涂层的体积分数和非理想界面参数可提高磁电弹性复合材料的有效性能并降低圆孔周围的应力集中。

不同铝合金对Al/Mg/Al层状复合材料腐蚀行为的影响

将镁合金与铝合金经过热轧制成Al/Mg/Al层状复合材料,结合析氢试验、电化学试验和电偶试验,对1060/AZ31/1060、5052/AZ31/5052和6061/AZ31/6061在3.5%(质量分数)NaCl溶液中腐蚀行为进行研究,通过分析其腐蚀形貌、腐蚀产物、析氢速率、动电位极化曲线和交流阻抗谱,探究Al/Mg/Al层状复合材料的腐蚀机理。结果表明:Al/Mg/Al层状复合材料的表面腐蚀行为与铝合金的腐蚀行为相似,其相对于原始镁合金的腐蚀电流密度降低了两个数量级;Al/Mg/Al层状复合材料截面腐蚀产物呈颗粒状密集分布在镁一侧,腐蚀行为主要受电偶效应的影响,镁-铝电偶对电偶电流可达10^(-3)A·cm^(-2)数量级;对应的三种镁-铝电偶对电偶电流密度和电偶电位与混合电位理论拟合值相差不大;三种Al/Mg/Al层状复合材料中5052/AZ31/5052的整体耐蚀性最好。

基于磁场传感器的层状磁电复合材料动态特性的有限元模型研究

依据Hamilton变分原理,运用有限元方法建立了用于磁场传感器的核心元件—磁电复合材料动态特性的有限元模型。应用所建立的模型求解了LT型Terfenol-D/PZT/Terfenol-D三层磁电复合材料的输出特性,并与实验结果进行对比分析。结果发现当静态偏置磁场为22.1 kA/m,正弦交流驱动磁场为7.4 kA/m、频率100 Hz时,计算结果和实验结果误差为0.9%。表明该模型适用于磁电复合材料输出特性为线性变化的区域。

PZT/Terfenol-D/PVDF层状复合磁电材料谐振特性

采用热压法制备出二层锆钛酸铅(PZT)/聚偏氟乙烯(PVDF)与1层Tb0.28Dy0.72Fe2(Terfenol-D)/PVDF叠层结构的三元复合磁电材料,研究了不同PVDF含量f以及不同层厚比tP/L对样品的介电常数、介电损耗、电阻率、谐振频率以及磁电转换系数αE33,αE31的影响规律,结果显示PVDF的含量和层厚比都存在最佳值(最佳值出现在f=0.5,tP/L=2/7),并且在这个最佳值处,磁电转换系数达到最大。

Terfenol-D/PMNT/Terfenol-D层状磁电复合材料的磁电效应分析

从压电效应和压磁效应本构方程出发,建立了层状磁电复合材料的1-3模型,结合材料机械运动学方程和电路状态方程,推导出层状磁电复合材料的磁-机-电等效电路,并全面分析磁电转换效应。既而提出新型层状磁电复合材料Terfenol-D/PMNT/Terfenol-D,以提出的1-3模型为例,对此材料的磁电响应进行数值计算,用Matlab仿真得出计算结果,从而得出该结构的层状磁电复合材料的磁电转换系数要高于市场上广泛使用的Terfenol-D/PZT/Terfenol-D复合材料的磁电转换系数,为新型磁电材料的制备提供理论依据。

磁电复合薄膜材料的理论和实验研究进展

磁电复合薄膜材料由铁磁相和铁电相复合而成,其在一定温度范围内不仅同时具有铁磁性、铁电性,而且更重要的是具有磁电耦合效应或磁电效应,已成为目前功能材料领域新的研究热点之一。阐述了磁电复合薄膜的磁电耦合机制,介绍了磁电复合薄膜的分类和特点;综述了磁电复合薄膜理论研究中几种主要的研究方法,并论述了实验研究的进展;最后指出了目前磁电复合材料研究中存在的问题和发展趋势。

柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应研究进展

随着现代信息技术的不断发展,集电、磁于一身的多铁复合薄膜材料因其独特的物理特性已在换能器、传感器、存储器等领域应用广泛。然而,尽管多铁复合薄膜克服了陶瓷因高温烧结造成磁电耦合系数较小的缺点,但多铁复合薄膜中的铁电相也存在韧性差、脆性大,从而限制其在柔性器件中的应用。通过将铁磁相与具有柔性的铁电相复合而成的柔性多铁复合薄膜理论上可获得强的磁电耦合性能,同时因其具有优异的柔韧性和延展性,有望应用于便携式可穿戴设备、医疗设备、磁电传感器设备等领域。但是,柔性多铁复合薄膜的磁电耦合效应与磁电相的性能、组成、两相的接触面积以及两相间的复合形式等因素有关,其中,复合形式是影响耦合系数的关键因素。因此,综述了国内外复合形式影响柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应的研究进展,并提出了一些亟待解决的问题。

0-3型纳米复合材料P(VDF-TrFE)_(x)FOM_(1-x)磁电耦合效应

柔性电子元件的发展日新月异,其中有机薄膜因具有延展性、柔韧性、易制备等优点,使其在智能可穿戴柔性器件领域有着巨大的应用潜力.采用溶胶-凝胶法,利用有机聚合物P(VDF-TrFE)共聚物和有机磁性材料二茂铁间苯甲酰腙(FOM)在柔性聚酰亚胺(PI)衬底上成功制备了0-3型纳米复合薄膜.结构表征表明,FOM纳米颗粒均匀地分布在P(VDF-TrFE)基质中.纳米复合材料的晶体和微观结构取决于P(VDF-TrFE)和FOM的物质的量比,铁电和磁电响应受到FOM纳米粒子浓度的强烈影响.纳米复合薄膜的磁电耦合系数最高为15.1 mV/(cm·Oe).

层状磁电复合材料的研究进展

介绍了层状磁电复合材料的特点和研究进展,阐述了层状磁电复合材料的理论,并在此基础上探讨了磁电材料的发展趋势。

层状磁电复合材料的磁电转换分析

提出层状磁电复合材料L-T模型,从压电效应和压磁效应本构方程出发,采用等效电路法对复合材料的磁电电压系数进行理论分析,并对材料磁电响应进行了数值计算,得出磁电响应仿真结果,所推导的磁电电压系数公式与等效电路模型公式得出的计算值相符,为磁电层材料的制备和优化提供理论工具。

引入界面耦合系数的长片型磁电层状复合材料的等效电路模型

针对长片型磁电层状复合材料,提出了一种适用于准静态和动态磁场激励的引入界面耦合系数的等效电路模型,旨在为基于长片型磁电层状复合材料的传感器、换能器等器件的设计、制作和应用提供理论指导.考虑到磁电层状复合材料实际工作过程中磁致伸缩层和压电层的应变并不相同,首先利用运动方程分别对磁致伸缩层和压电层进行建模,提出了一个从物理上反映相间应变传递的界面耦合系数表达式,然后利用一个变比恰为界面耦合系数的理想变压器将两层材料的等效电路耦合,构成改进的磁电层状复合材料的等效电路模型,得到包含界面耦合系数的磁电电压系数和最佳层合比的表达式.对12个具有不同尺寸和负载条件的样品进行实验,制作过程中承受500g砝码负载的样品的界面耦合系数为0.15,最佳层合比为0.57;承受100g砝码负载的样品的界面耦合系数为0.10,最佳层合比为0.50.磁电电压系数和最佳层合比的实验值与各自包含界面耦合系数的理论值基本符合,证明了改进的等效电路模型的合理性和正确性.

基于FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料的分芯闭环电流传感器研究

文中提出了一种分芯闭环磁电电流传感器,其由高磁导率、低磁滞的FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料、3块硅钢磁芯和一对永磁体组成。为了实现磁电电流传感器的开合式安装,文中采用了分芯磁芯结构;载流导线产生的环形磁场经3块硅钢磁芯汇聚到FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料,然后基于复合材料的磁-力-电多场耦合效应,实现载流导线电流传感。通过仿真和实验对比分析,分芯磁芯结构的磁场汇聚效应对FeSiB/PZT-82/FeSiB传感性能具有显著的提高。含有磁芯结构的分芯闭环磁电电流传感器在无源情况下,对工频(50 Hz)电流的测量灵敏度达到17.379 mV/A,约为无磁芯FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料的35倍;在0~10 A测量范围内,具有良好的线性关系。结果表明:由于该传感器的优异性能和分芯闭环结构,其在工频小电流监测领域具有广阔的应用空间。

2-2型无铅磁电复合薄膜材料的研究现状及展望

磁电复合薄膜材料具有较强的磁电转换效应,可以实现磁、电信号的直接转换,其中无铅磁电复合薄膜材料因具有环境友好、性能优越等特点,在电子器件中有着广阔的应用前景。首先介绍了磁电复合薄膜材料的种类和主要特点,论述了磁电复合薄膜磁电耦合的机理以及获得高磁电性能的方法;然后阐述了研发无铅磁电复合材料的原因和目前几种典型的无铅磁电复合材料的主要特点,以及2-2型无铅磁电复合材料制备方法的最新进展;最后提出了目前该材料研究中存在的问题和进一步的研究方向。

铌酸钾钠/铁酸钴层状磁电复合材料的制备及其性能

采用传统固相法制备了(K0.5Na0.5)0.97Li0.03(Nb0.8Ta0.2)O3(KNNLT)/Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4(CZFM)层状磁电复合材料.研究了铁磁相CZFM对复合材料铁电和磁电性能的影响,并通过XRD和SEM分析复合材料的相组成和微观结构.结果表明:压电相和铁磁相的相界面有较微弱的离子扩散,但没有杂相产生.层状复合材料具有较大的饱和极化强度(Ps=40.7μC/cm2)和优异的压电性能(d33=218 p C/N),复合材料0.5KNNLT/0.5CZFM具有最大的磁电耦合系数256 m V/cm Oe.

基于PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3压电单晶的磁电复合薄膜材料研究进展

电子信息技术的迅速发展对磁电功能器件的微型化、智能化、多功能化以及灵敏度、可靠性、低功耗等都提出了更高的需求,传统的块体磁电功能材料已日渐不能满足上述需求,而层状磁电复合薄膜材料同时具有铁电性、铁磁性和磁电耦合等多种特性,因此能满足上述需求且有望应用于新一代磁电功能器件.层状磁电复合材料不仅具有非常丰富的物理现象和效应,而且在弱磁探测器、多态存储器、电写磁读存储器、电场可调低功耗滤波器、移相器、天线等微波器件中也具有广阔的应用前景,因而受到材料科学家和物理学家广泛的关注和研究.在层状磁电复合材料中,功能薄膜/铁电单晶异质结因其制备简单、结构设计和材料选择灵活以及电场调控方便和有效,最近十余年引起了越来越多的研究人员的兴趣.目前,以具有优异铁电和压电性能的(1-x)PbMg_(1/3)Nb_(2/3)O_3-PbTiO_3(PMN-PT)单晶作为衬底,构建功能薄膜/PMN-PT异质结已成为国内外多铁性复合薄膜材料研究领域的重要方向之一.相比于其他国家,我国科学家无论在发表的文章数量还是在文章被引用次数方面都处于领先地位,表明我国在功能薄膜/PMN-PT单晶异质结方面的研究卓有成效.迄今为止,研究人员已构建了锰氧化合物/PMN-PT、铁氧体/PMN-PT、铁磁金属/PMN-PT、稀磁半导体/PMN-PT、发光材料/PMN-PT、二维材料/PMN-PT、多层薄膜/PMN-PT、超导薄膜/PMN-PT等多种类型的异质结,在理论研究和实验方面都取得了丰富的研究成果.本文对基于PMN-PT压电单晶的磁电复合薄膜材料的研究进展进行了总结:简要介绍了与功能薄膜/PMN-PT异质结相关的研究论文发表现状;介绍了PMN-PT单晶在准同型相界附近的相图和应变特性;按照功能薄膜材料所属的体系对异质结进行了分类,并选取部分代表性的研究成果,介绍了材料的磁电性能和内涵的物理机制;最后就目前有待解决的问题和未来可能的应用方向进行了总结和展望.

层状磁电复合材料界面共线裂纹平面问题分析

本文研究了面内电磁势载荷作用下双层压电压磁复合材料中共线界面裂纹问题.考虑了压电材料的导磁性质和压磁材料的介电性质,引入了界面电位移和磁感强度的连续性条件.利用Fourier变换得到一组第二类Cauchy型奇异积分方程.进一步导出了相应问题的应力强度因子、电位移强度因子和磁感强度强度因子的表达式,给出了应力强度因子的数值结果.结果表明电磁载荷会导致界面裂纹尖端I、II混合型应力奇异性,同时还伴随着电位移和磁感强度的奇异性.比较了双裂纹左右端的应力强度因子,发现在面内极化方向上施加面内磁势载荷时共线裂纹内侧尖端区域的两个法向应力场发生互相干涉增强.