《多鐵複合材料磁電耦合增強及界面結構調控研究》是依託華中科技大學，由范桂芬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多鐵複合材料磁電耦合增強及界面結構調控研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范桂芬
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
多鐵複合材料室溫下具有強磁電耦合效應，是實際能走向實用化的多鐵材料體系，它為發展鐵電-磁性集成效應的新型信息存儲以及各類磁電器件提供了巨大套用前景。但目前多鐵複合材料的研究均存在磁性/鐵電兩相界面不兼容導致磁電耦合係數偏低材料性能不穩定的問題。針對這個問題，本項目擬採用溶膠-原位反應方法製備稀土合金鋱鏑鐵Terfenol-D/鋯鈦酸鉛PZT核/殼結構磁性顆粒作為磁性相，選用壓電應變常數大的鋅鈮酸鉛-鋯鈦酸鉛（PZN-PZT）作為鐵電相，在低溫燒結改性基礎上，製備緻密燒結的Terfenol-D/PZN-PZT多鐵複合材料。同時，對Terfenol-D/ PZT核殼結構對磁性/鐵電兩相界面兼容性、兩相複合體積分數範圍以及複合材料的性能穩定性進行系統研究，並探討核殼界面結構對複合材料多鐵性及磁電耦合性能的影響機理；深入研究磁電耦合性能的頻率特性，為多鐵複合材料在高頻磁電器件中的套用打下堅實。
結題摘要
多鐵複合材料室溫下具有強磁電耦合效應，是實際能走向實用化的多鐵材料體系，但目前多鐵複合材料存在磁性/鐵電兩相界面不兼容導致磁電耦合係數偏低且性能不穩定的問題。針對這個問題，本項目分別選用鐵磁性材料Ni、稀土合金鋱鏑鐵Terfenol-D（TD）、鐵氧體CoFe2O4為磁性相，選擇低溫燒結壓電陶瓷材料PZN-PZT作為壓電相，製備0-3型多鐵複合材料，研究了製備工藝條件、兩相成分的相對含量對多鐵複合材料性能穩定性的影響。研究核殼結構阻擋層對磁性/鐵電兩相界面兼容性以及對複合材料多鐵性及磁電耦合性能的影響機理。具體研究結果如下： （1）採用溶膠-原位反應方法製備Ni/ PZT 核/殼結構，研究了包覆後的Ni磁性顆粒抗氧化性和磁電性能。研究結果表明，經過PZT包覆後的納米鎳粉，剩餘磁化強度略有降低，抗氧化溫度提高30~50℃，其高頻介電常數降低到6左右。並且鎳粉經過氨水處理的PZT/Ni核殼複合材料，其磁損耗有所提高，並在12GHz出現峰值，這有利於材料對電磁波的損耗。（2）採用溶膠-原位反應方法製備TD/PZT核殼結構，再利用包覆的TD與PZT和PVDF製備複合材料。EDS能譜分析表明TD的表面包覆上PZT殼層，但抗氧化性能沒有明顯提高。由磁滯回線和電滯回線數據可以看出樣片的剩餘極化強度，最大極化強度，矯頑場，都隨著包覆濃度與TD比例的提升而變小，電性能數據則看不出明顯的變化。（3）採用傳統陶瓷工藝製備了低溫燒結 CoFe2O4/PZN-PZT多鐵複合陶瓷，研究了混合方式、核殼結構以及成分變化對其結構、磁性能、磁電耦合性能的影響。SEM結果顯示，相對未包覆研磨混合工藝，包覆攪拌混合可以提高磁性顆粒複合含量，獲得較好燒結匹配性，有效提高材料的磁電耦合性能。研究結果表明，包覆攪拌混合製備的CoFe2O4/PZN-PZT樣品，體積比4：6時，1000℃下燒結， 10kHz下獲得最大磁電耦合係數（18.3mV/Oe·cm）。 綜上結果，對金屬磁性顆粒Ni和TD採用溶膠-凝膠方法製備PZT包覆層，由於包覆層厚度太薄，高溫有機物的揮發，不能明顯提高金屬磁性顆粒的抗氧化性，影響了高溫條件下0-3型複合材料的製備。而對鐵氧體CoFe2O4進行PZT包覆層製備，可以有效提高兩相材料的燒結匹配性，進而提高磁性材料複合含量以及複合後的磁電耦合性能。通過本項目對多鐵複合材料
