《0-3型鋯鈦酸鉛/鈷鐵氧複合陶瓷納米尺度的磁電效應》是依託華中科技大學，由張悅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：0-3型鋯鈦酸鉛/鈷鐵氧複合陶瓷納米尺度的磁電效應
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張悅
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
二元複合磁電材料在信息存儲和磁場探測等方面有較好的套用前景。然而，目前一些和其實用性有關的基礎科學問題還沒得到很好的解決。比如0-3複合磁電材料磁電電壓係數的實驗值一般比計算值小一到兩個量級，這是因為0-3型材料製備工藝較複雜，因而很多因素（如顆粒尺寸，漏電流，界面反應生成的第二相等）都可能會對磁電性能產生較大影響。近期研究顯示當鐵磁顆粒尺寸減小到納米量級，0-3型複合磁電材料的磁電性能會明顯改善。因此，本項目計畫結合化學方法和放電等離子燒結技術製備0-3型Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT) / CoFe2O4(CFO)複合磁電陶瓷，其中CFO以納米顆粒形式無團聚地分散在PZT陶瓷基體中，進而系統研究其納米尺寸下的磁電效應，包括CFO尺寸改變對磁電性能的影響，界面微觀耦合對納米尺度範圍磁電效應的影響，CFO的尺寸納米化對漏電流的調控等，並在此基礎上有效改善複合陶瓷的磁電性能。
結題摘要
基於CoFe2O4的複合材料的電磁特性研究是近些年的熱點。本項目針對CoFe2O4的各種具有特殊磁學與電學性能的複合材料開展了一系列實驗與計算研究，主要取得了以下成果： 1.通過燃燒法製備了尺寸約10 nm的CoFe2O4納米顆粒，通過後期退火處理實現尺寸從10 nm到超過一微米範圍內的有效調控。發現其矯頑力在尺寸約30 nm附近達到最大。通過初始磁化曲線測試確定此尺寸對應CoFe2O4納米顆粒的單磁疇臨界尺寸。 2.基於1，使用放電電漿燒結(SPS)技術製備了具有不同質量比例的CoFe2O4/PZT複合陶瓷並系統研究了複合陶瓷磁學，電學，與磁電效應等性能，發現當CoFe2O4的質量分數為10%時，複合材料具有最佳磁電轉換係數。 3.基於1，2，使用SPS製備了具有固定質量比例(CoFe2O4的質量分數為10%)的CoFe2O4/BaTiO3複合陶瓷，其中CoFe2O4具有不同顆粒尺寸(複合前分別在200，500，800攝氏度退火)。通過變溫復介電常數和復阻抗測試發現用500度退火獲得的CoFe2O4納米顆粒製備的複合陶瓷具有最大的低頻介電弛豫的激活能，且其電傳導與磁電效應等行為明顯有別於其餘兩樣品。 4.使用共沉澱法嘗試性地製備了具有核殼結構的CoFe2O4/BaTiO3複合顆粒。 5.研究CoFe2O4/CoFe2複合納米粉末和陶瓷的交換彈簧效應： (1).通過還原反應製備了CoFe2O4/CoFe2複合納米粉末，發現400度還原反應有利於兩相界面形成較強的交換耦合作用。 (2).使用SPS製備了CoFe2O4/CoFe2複合納米陶瓷，發現500攝氏度燒結有利於兩相界面形成較強的交換耦合作用，增大CoFe2的質量分數也有利於界面交換耦合的增強。 (3).採用氧化反應製備了以CoFe2為核，以CoFe2O4為殼的複合顆粒。發現適中的核殼厚度比例有利於界面交換耦合作用的增強。 6.通過微磁學仿真研究了CoFe2O4/Fe3O4與CoFe2O4/CoFeB複合薄膜交換彈簧效應的電場調控，調控機制為基於逆磁電效應的應力機制。系統研究了材料參數，厚度比例，與外磁場方向對電場調控的影響。發現對PZN-PT/CoFe2O4/CoFeB複合體系，足夠大的負值電場可以實現交換彈簧到軟磁的轉變，在此基礎上改變磁場方向可以得到具有台階的磁滯回線，實現雙態到四態的轉變。
