新型鼓包仪设计研制及多场耦合作用下磁电材料力电性能研究

发布时间：2017-05-14 10:19

  本文关键词：新型鼓包仪设计研制及多场耦合作用下磁电材料力电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电磁功能材料由于具备力电/力磁转换功能、较快的响应速度等优点，广泛应用于各种功能元器件，对高新技术的发展及新产业的形成具有重要的意义。层状电磁功能材料的界面结构、应变失配、尺度效应、非线性响应等因素对其性能劣化与断裂破坏失效等可靠性问题有重要影响，因此，研究层状电磁复合材料的制备与表征方法，发展多场动静态加载测试技术，对层状电磁复合材料性能劣化和破坏失效机理具有重要的意义。在传统鼓包测试表征方法基础上，发展一种多场耦合加载的新型鼓包测试方法，主要研究在力电耦合外载作用下电磁功能材料的力电响应。具体工作内容及结果如下： (1)多功能鼓包仪的搭建与调试。该鼓包仪在传统的鼓包仪器的基础上进行改造升级，依据功能的不同分为力场、电场、磁场三个模块，分别进行力场的施加与力学性能的测试，电场的施加与电学性能的测试，磁场的施加与磁学性能的测试。另外，针对小尺寸多层结构层状电磁功能薄膜材料特点，发展了一种这类材料鼓包试样的制备方法，申请了国家发明专利1项。 (2)利用自主研制的鼓包实验设备，测定了锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3，PZT)材料在电场作用下的力学性能，事实证明外加电场对于PZT的力学性能会产生影响。在0-150V的电压作用下，PZT的鼓包高度没有明显变化，维持在14.9μm不变。当电压到达150V之后，鼓包高度开始有明显变化，有显著减小的趋势，从无电场时的14.9μm下降到了250V的11.8μm，下降了20.8%。 (3)利用自主研制的鼓包实验设备，，在不同油压下对PZT和PZT/Fe复合材料进行电学性能测试，二者变化趋势一致。对于PZT材料，当油压为零时，其最大极化强度大约为0.152C/m2，剩余极化强度为0.117C/m2，矫顽场大约为521kV/m；当油压增加到400KPa时，其最大极化强度减小为0.064C/m2，下降了58.1%；剩余极化强度大约为0.044C/m2，下降了62.5%；矫顽场大约为617kV/m，增加了18.4%。当压力为400KPa时，PZT/Fe的最大极化强度下降幅度达到了22.4%，剩余极化强度下降幅度达32.1%，而矫顽场随着油压的增大有明显的增大，增幅为18.3%。 (4)利用自主研制的鼓包实验设备，对PZT/Fe复合磁电材料进行了不同磁场作用下的电滞回线测量。当磁场方向垂直于厚度方时，磁场的变化对电滞回线几乎没有影响。磁场力平行于厚度方向向上时，最大极化强度有逐步变大的趋势，从0.15C/m2增大到了1000Oe下的0.169C/m2，增幅11.3%。剩余极化强度从无磁场下的0.098C/m2增大到了0.117C/m2，增幅19.4%，而矫顽场呈现下降的趋势，从310kV/m下降到了258kV/m，下降了17.8%。当磁场力平行于厚度方向向下时，最大极化强度由0.175C/m2下降到0.15C/m2，下降了约14.3%，剩余极化强度由0Oe下的0.115C/m2下降到了0.104C/m2，约9.6%，矫顽场由252kV/m增加到了298kV/m，增幅18.3%。
【关键词】：鼓包法 多场耦合 力电性能 电磁功能材料
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122;TB34
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 热磁电复合材料究与发展现状10-15
• 1.2.1 磁电复合材料的发展10-12
• 1.2.2 铁电性12-13
• 1.2.3 鼓包法的发展与研究现状13-15
• 1.3 本文选题依据和研究内容15-16
• 第2章 新型鼓包仪的研制开发16-28
• 2.1 鼓包仪的测试原理及整体设计思路16-17
• 2.2 鼓包仪力学模块的设计17-20
• 2.3 电学模块的加载与性能检测20-24
• 2.3.1 Sawyer-Tower 电路原理20-22
• 2.3.2 Sawyer-Tower 电路的搭建22-24
• 2.4 磁学模块的加载与性能检测24-27
• 2.4.1 SMOKE 原理25-26
• 2.4.2 SMOKE 系统硬件26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 层状磁电材料鼓包样品制备28-32
• 3.1 鼓包样品制备28-30
• 3.2 溶胶凝胶法30
• 3.3 溶胶凝胶法制备 PZT30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 多耦合场下的力电耦合实验32-51
• 4.1 PZT 力电耦合的鼓包测试32-38
• 4.1.1 力学测试原理及模型32
• 4.1.2 传统力学鼓包模型32-34
• 4.1.3 金属 Co、Fe 薄膜鼓包力学测试34-36
• 4.1.4 外加电场作用下 PZT 力学性能测试36-38
• 4.2 外加力场作用下 PZT 电学性能测试38-43
• 4.2.1 电滞回线测试流程38
• 4.2.2 不同油压下 PZT 电学性能测试38-41
• 4.2.3 不同油压下 PZT/Fe 的电学性能测试41-43
• 4.3 外加磁场作用下 PZT 电学性能测试43-49
• 4.3.1 磁场垂直于厚度方向的磁电耦合测试44-45
• 4.3.2 磁场力平行于厚度方向向上的磁电耦合测试45-47
• 4.3.3 磁场力平行于厚度方向向下的磁电耦合测试47-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第5章 总结和展望51-53
• 5.1 工作总结51
• 5.2 工作展望51-53
• 参考文献53-58
• 致谢58-59
• 附录 A：个人简历及发表的学术论文与研究成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 鞠新华,任凤章,周根树,徐可为,赵文轸;鼓泡法测量高分子和金属薄膜弹性模量的方法探讨[J];稀有金属材料与工程;2003年04期

2 任凤章;郑茂盛;刘平;贾淑果;马战红;祝要民;;鼓膜实验法测试薄膜基体界面结合强度的进展[J];材料研究学报;2006年04期

3 潘红兵;朱劲松;徐健健;;铁电薄膜铁电性能的测量[J];电子测量与仪器学报;2005年01期

4 吴秀梅;吕笑梅;朱劲松;;应力对铋系铁电薄膜性能影响的研究进展[J];物理学进展;2006年Z1期

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本文编号：364923