柔性Metglas/PVDF磁电层合材料的制备及磁电特性研究

柔性磁电层合材料在交流电流测量方面具有重要的应用价值。由于柔性磁电层合材料的厚度在μm量级,因此其性能与制备过程相关。本文主要探讨了使用刮涂方式时,刮涂PVDF乳液所用涂布器厚度、PVDF刮涂后干燥时间、PVDF刮涂次数、银层固化加热温度和加热时间等变量对材料性能的影响。本研究采用了多变量实验设计,共进行了48组实验。制备完成后,先对每一组样品的极化性能进行了评估,然后对成功极化的样品的磁电特性进行了测试。综合来看,磁电特性表现最好的样品,其对应的变量结合条件并不是在极化评估中表现最好的,这说明提高材料制备的成功率和获得材料优良的磁电特性二者之间存在一定的冲突。因此如果侧重于获得足够大的磁电系数,那么材料的成品率需要有所牺牲。该结论对于柔性磁电层合材料的制备具有指导意义。

一种无源无直流偏磁的交流电流检测装置

基于硬质磁电层合材料的交流电流传感器实现了与被测对象的电气隔离和无源检测,而且相比于传统的交流电流测量手段,它精度稳定性更好,对工作环境要求却更低。但除磁电材料本体以外,为保证工作性能,传感器还附加了很多其他的部件(如C形磁环、多匝绕线、永磁体等),导致传感器的结构复杂,缺少使用的便利性;其本身携带的高直流偏置磁场也限制了它的广泛应用。提出的基于柔性磁电层合材料的交流电流检测装置能够在继承硬质磁电电流检测器优点的同时,解决上述问题。使用的柔性磁电层合材料由Metglas和PVDF通过刮涂法制备而成,质量轻,柔性好。高磁导率的Metglas材料与环形的结构设计使得检测装置摆脱了磁环或多匝绕线等设置。Metglas材料自带直流偏置磁场的属性使得装置无需配置永磁体。该装置在1 kHz频率下测量0~150 A交流电流时,输入–输出的线性度能够达到0.999 97,灵敏度为0.213 1 mV/A;它的测量精度能够达到0.63%,滞回仅为0.32%,分辨率为0.4%。