層狀磁電複合材料的化學鍍製備與磁電耦合效應

《層狀磁電複合材料的化學鍍製備與磁電耦合效應》是依託南京航空航天大學，由王寅崗擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：層狀磁電複合材料的化學鍍製備與磁電耦合效應
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王寅崗
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

層狀磁電複合材料因為可以利用鐵磁相的磁致伸縮效應和鐵電相的壓電效應的乘積特性來實現磁與電的直接轉換而受到了廣泛的關注。但由於兩相之間中間層的存在，如粘接複合結構中的粘接層或電鍍複合結構中的電極層，嚴重影響了磁電耦合的強度。（1）本項目擬採用化學鍍法獲得鐵磁層與鐵電層直接接觸的層狀磁電複合材料，探討鍍液組成、溫度及pH值對鍍層材料的結構與性能的調控。（2）分析鍍層顯微組織、界面粗糙度、層厚比以及材料的應力對磁電耦合效應的影響，從本質上揭示不存在中間層情況下的層狀複合材料的磁電效應與磁-力-電耦合機制。（3）最佳化工藝，研究幾種基於該類材料的複雜形狀及微型結構，最終得到一類鐵磁層與鐵電層直接耦合的磁電電壓係數大的層狀磁電複合材料。本課題的研究將為磁電器件的設計和套用提供材料基礎。

結題摘要

層狀磁電複合材料因為可以實現磁與電的直接轉換而受到廣泛關注。但是到目前為止，鐵磁相和鐵電相之間的直接磁電耦合還沒有實現。尺寸、形狀、界面因素、磁致伸縮相與壓電相的組織結構與性能、應力狀態與邊界條件等對磁電複合材料與結構的磁電性能的影響認識尚不深入。多諧振頻率或低頻、低偏置磁場、高磁電電壓係數的磁電複合材料與結構也有待進一步開發。本項目在分析化學鍍鎳或鐵鈷的熱力學可能性和反應機理的基礎上，研究了化學鍍工藝參數對鍍層組織與性能的影響，並採用化學鍍法製備出了磁致伸縮相和壓電相直接結合且兩相達到足夠厚度的一系列層狀磁電複合材料，消除了中間層的影響，實現了理想的磁電耦合。研究了尺寸、形狀、界面因素、磁致伸縮相與壓電相的組織結構與性能等對磁電複合材料與結構的磁電性能的影響規律，取得了一系列研究成果，比如，我們發現，粗糙界面反而有利於獲得大的磁電電壓係數，可以通過調節層厚比、曲率、三維尺寸、各相組織與性能以及鐵磁相的梯度次序等來調節諧振頻率與最優偏置磁場、獲得較大的磁電電壓係數或零偏置。基於壓電和壓磁本構方程建立層狀磁電複合材料中的界面耦合模型，推導出磁電電壓係數與界面耦合係數之間的關係，證明了兩相直接接觸具有更好的界面耦合效應。比較了不同應力模式與邊界條件下磁電複合材料的性能，發現應力模式的變化只能影響磁電電壓係數的大小，而不會改變最佳偏置磁場和諧振頻率的位置，扭轉應力模式的磁電電壓係數比彎曲應力模式和縱向應力模式可提高一倍以上；應力邊界條件的改變不會影響低頻下磁電電壓係數，也不會改變磁電複合材料最佳偏置磁場的大小，但與兩端自由和兩端固定邊界條件不同，一端固定一端自由邊界條件可以獲得多頻效應和低頻效應。本項目的研究將為磁電器件的設計和套用提供材料基礎。