异形磁电复合材料增强磁电效应的理论和实验研究

发布时间：2021-09-22 23:37

　　由于单相磁电材料在室温下的磁电耦合都比较弱,近年来由磁致伸缩和压电材料构成的磁电复合材料成为磁电器件设计和制备的主要研究对象。影响磁电复合材料磁电效应的因素主要有:组分材料特性、界面耦合、复合方式等。为进一步提高复合材料的磁电效应,人们在圆柱环和盘环结构中,用法向应力替代剪切应力耦合,获得了较高的磁电电压系数。另外,自发现稀土铁磁合金的超磁致伸缩效应后,近几十年来关于磁致伸缩效应的研究并未取得太大的进展,这使得依赖于磁致伸缩效应的磁电效应很难发展。而且界面耦合因素对磁电系数的影响始终得不到很好的解决,所以用磁力代替磁致伸缩效应驱动压电相成为增强磁电效应的一个新途径。基于上述两种思路,本文研究磁电复合材料中增强的磁电效应,具体的研究内容如下:1、利用弹性力学方法,基于材料本构方程和连续介质运动方程,结合边界条件,理论推导沿径向极化的圆柱环和盘环结构复合材料磁电系数的频率响应表达式。然后将该模型应用于Ni/PZT/Ni圆柱环和Terfenol-D/PZT盘环结构,研究低频磁电电压系数、谐振频率、谐振磁电系数等与几何尺寸的关系,并将部分理论结果与实验进行了比较,理论与实验结果符合得很好。2、... 

【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１压电材料压电性能发展示意图［２６］??通过改进磁性相和压电相的材料性能，迄今人们已报道了多种组分的磁电复??

?１９９７?２０１２??年份??图１．１压电材料压电性能发展示意图［２６］??通过改进磁性相和压电相的材料性能，迄今人们已报道了多种组分的磁电复??合材料，如陶瓷基复合材料、铁磁金属／合金基复合材料、高分子基复合材料等，??观察到了低频下高达ｌＶ／（ｃｉｉｖＯｅ）的室温磁电效应，为磁电复合材料的实用化奠??定了重要基础［５，?２７，?２８］。??１．３磁电复合材料的复合方式??按照复合方式的不同，可将磁电复合材料分为０－３型颗粒复合材料、２－２型??叠层复合材料和１－３型纤维复合材料等（０，１，２，３等表示组分的连通性，任意弥散??和颗粒的连通性为０，包围它们的网络体状连续材料的连通性为３，纤维状材料??的连通性为１

为了制备方便和满足实际应用需要，常见的复合材料形状有：矩形、圆盘和??圆环等。磁电复合材料的工作模式不仅与其形状有关，而且和磁致伸缩相的磁化??方向、压电相的极化方向等因素有关，因而衍生出许多工作模式。图１．３给出了??一些常见的层状磁电复合材料工作模式［５］，图注中第一个字母表示磁致伸缩相??的磁化方向，第二个字母表示压电相的极化方向，Ｌ表示纵向，Ｔ表示横向。在??这些模式中，Ｔ－Ｔ模式由于退磁因子的原因需要较大的偏置磁场，不利于低场下??的应用；相同的偏置条件下，Ｌ￣Ｔ模式获得的磁电系数较Ｔ－Ｔ模式更高［３８］；弯??曲振动模式的磁电电压系数一般低于Ｌ￣Ｔ或Ｔ－Ｔ模式，但具有更好的频率响应特??性，更适合低频磁传感器应用［３９］。??设计不同的工作模式，目的是为了充分利用较大的压磁系数例分量和压电??系数珣分量


本文编号：3404581