磁電材料層狀結構中的聲表面波傳播研究

《磁電材料層狀結構中的聲表面波傳播研究》是依託寧波大學，由杜建科擔任負責人的國家自然科學基金資助面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁電材料層狀結構中的聲表面波傳播研究
• 依託單位：寧波大學
• 項目負責人：杜建科
• 項目類別：面上項目

項目簡介

磁電材料聲表面波器件的研究，以及以此為背景的磁電聲表面波的理論分析和實驗研究，是目前磁電材料套用研究的重要領域和研究熱點之一。本項目從磁電彈性理論出發，結合材料學、電磁場理論、電路理論，對薄膜磁電層狀結構中的聲表面波傳播進行深入研究，揭示其在溫度、初應力和加速度等偏場作用下的非線性特性，探究上述偏場對表面波傳播的相速度、機電耦合係數等的影響；研究在外加電場或者磁場作用下磁電結構中聲表面波的傳播特性，研究粘性流體（牛頓流體）介質對磁電材料層狀結構中的表面波的作用，闡明相速度和能量衰減的變化規律。這項研究將使磁電結構中聲表面波傳播理論得到深化，並建立磁電材料層狀結構中聲表面波傳播分析的系統方法，從而為相關的薄膜磁電聲波器件的研製提供理論依據。

結題摘要

磁電材料是具有力電磁耦合特性的新型信息智慧型材料。磁電介質中的聲表面波傳播研究有助於深化磁電材料聲波理論，對開發高性能磁電感測器、諧振器等具有重要意義。本項目基於磁電和壓電彈性理論，研究磁電與壓電層狀結構中聲表面波在不同結構形式、材料組合和邊界條件下的傳播特性，考慮電磁學開路和電磁學短路以及壓磁壓電材料參數變化對波傳播相速度的影響。針對磁電層狀結構中普遍存在的初應力，研究其對表面波傳播的作用，以及磁電材料作為陀螺儀套用時的旋轉角速度、哥氏加速度等作用下結構中聲表面波傳播的效應。分析結果表明，初應力對磁電結構中的Rayleigh傳播具有顯著影響，相速度隨著初應力的增加而增大。旋轉加速度對半無限大磁電結構中的Rayleigh波傳播的相速度也有明顯作用。研究了具有粘彈性質量層的壓電和磁電結構中波的傳播，採用復彈性常數表示材料粘性。分析結果表明，材料粘性降低波傳播的相速度，增大了波的衰減。研究了外加電場和磁場對波傳播的影響，分析電場和磁場對波傳播的相速度、位移、電勢等的作用。從計算結果可以得到在較高的外加電場和磁場作用下，磁電結構中的Rayleigh波波速會有明顯改變。研究磁電結構中的反平面剪下波在粘性流體中傳播特性，闡明粘性流體對相速度、能量衰減等的作用規律，並考慮了非完整界面的影響，可以看出流體粘性降低了波速度，並增大了波的衰減。相速度隨著界面非完整因子的增加而降低。分析了具有粘性流體的功能梯度壓磁層狀結構中SH波的傳播特性。假設壓磁層材料常數如彈性模量和壓磁係數呈梯度變化，利用傳遞矩陣法，分析了梯度因子對相速度和頻率的影響。開展了偏場作用下的磁電結構振動的實驗研究，搭建了偏場作用下磁電效應測試平台，探究偏場對諧振頻率和磁電電壓轉換係數的影響規律。同時利用Comsol多物理場軟體，對多層磁電複合材料振動特性進行了有限元分析計算，並和實驗結果進行了比較。利用RUSpec超聲共振頻譜法測量系統，開發了針對各向異性晶體的測試軟體，並開展了三角晶系、單斜晶系和六方晶系的彈性常數測試。本項目的研究成果可以為相關的電場或磁場控制的感測器以及諧振器、俘能器等的研製提供分析方法和理論依據。