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磁电复合材料结构对磁电性能的影响-材料学专业论文
承诺书
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作者签名: 日 期:
南京航
南京航空航天大学硕士学位论文
磁电复
磁电复合材料结构对磁电性能的影响
I
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摘 要
层状磁电复合材料在室温下具有较好的磁电耦合性能,受到广泛关注。为进一步增强磁电 性能,探究影响层状磁电复合材料磁电性能的因素,本文从层状磁电复合材料的结构入手,选 取不同的磁致伸缩材料,通过调整结构因素来制备层状磁电复合材料,以分析结构因素对层状 磁电复合材料磁电性能的影响规律。
本文首先建立理论模型来阐释磁电电压系数与界面耦合系数的关系,并利用导电银胶制备 出多层结构的 Terfenol-D/ PZT 磁电复合材料,发现多层结构中界面缺陷的存在导致界面能量损 耗随着层数的增多而增加,从而降低了界面耦合系数,并进一步导致磁电电压系数下降。多层 结构 Terfenol-D/ PZT 磁电复合材料谐振频率的实验数值与理论计算值十分相符,与层数无关。 其次,本文还研究了不同应力模式对复合材料磁电性能的影响,分别将 Ni 片和 FeCo 片按 不同的顺序黏结到 PZT 片上,以获得三种不同的应力模式:(i)弯曲应力模式(BES),(ii)纵向应
力模式(LES),(iii)扭转应力模式(TES)。在最佳偏置磁场下,TES 模式获得的磁电电压系数最
大,在弯曲谐振频率和纵向谐振频率下分别为 3.97 和 4.23 V/cm Oe。 最后,本文制备出三个完全相同的层状磁电复合材料 Ni/PZT/Terfenol-D,然后在其两端黏
结无磁性玻璃片以获得三种不同的应力边界条件:(i)两端自由(F-F),(ii)一端固定一端自由(C-F), (iii)两端固定(C-C)。在 1-140 kHz 内,三种不同边界条件下实验获得的多个谐振频率与理论计 算值十分相符,并且在 C-F 模式中存在六个谐振频率,这使其可以应用于多频器件中,同时使 用其中的低谐振频率可以降低磁致伸缩相的涡流损耗以增加设备的使用寿命。
关键词:磁电效应,界面耦合系数,应力模式,应力边界条件,谐振频率
Abstract
The laminated magnetoelectric (ME) composites have attracted increasing interest due to their large ME effect at room temperature. To further enhance the ME properties and investigate the factors which affect the ME effect both structures and magnetostrictive materials were optimized. The structure effects on the ME properties of laminated ME composites have been investigated.
First, a theoretical model was built to reveal that the ME voltage coefficient relates to the interface coupling parameter. Terfenol-D/PZT multilayer composites were prepared by silver epoxy. Experimentally, the interface defects exist in multilayer composites and the interface energy loss increases with increasing the stacking periodicity. Therefore, the interface coupling parameter decreases, which leads to the gradual decrease of the ME voltage coefficient. Meanwhile, the resonant frequency of Terfenol-D/PZT multilaye
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