CN103022340B - 一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构及其制备方法，属于多铁性磁电材料技术领域。本发明由不同直径的具有同心圆结构的圆环层状磁电复合材料组成，不同直径的圆环层状磁电复合材料之间有圆环状间隙；圆环状压电材料内侧和外侧分别与一层圆环状磁致伸缩材料相连；不同直径的圆环层状磁电复合材料通过导线相连，形成串联或并联结构；本发明圆环层状磁电复合材料通过镀膜工艺在不同直径的圆环状压电材料的内外表面分别沉积一层圆环状磁致伸缩材料，制备得到。本发明实现了在一定的交变磁场频率范围内的多谐振频率及谐振峰，而且可以通过改变每个圆环层状磁电复合材料的直径来调控相对应谐振频率的大小。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构及其制备方法，属于多铁性磁电材料技术领域。
背景技术
随着科技的高速发展与各学科间的交叉渗透，一种单一性能的材料很难满足各种高要求的综合指标，多种材料复合而成具有特殊性能的超材料研究成为材料科学与工程领域的研究热点。磁电材料尤其是磁电复合材料在传感器、磁场探测、磁电能量转换、智能滤波器、磁记录等领域中有着十分诱人的应用前景，已成为一种非常重要的功能复合材料，引起了材料科学与工程技术工作者的高度重视。近年来发展起来的层状磁电复合材料解决了渗流和传导的问题，甚至消除了中间层对两相耦合的影响，并且将磁电材料的磁电电压系数从几十mV·cm-1·Oe-1提高到几百V·cm-1·Oe-1，实现了磁电材料的一次飞跃。
磁电复合材料的磁电耦合是一种磁-力-电的转换效应。在交变磁场作用下，磁电复合材料中的磁致伸缩相产生动态应变，通过力的传递来驱动压电相产生受迫振动。在某一特定的交变磁场的频率下，磁电复合材料必然产生谐振现象，此时的交变磁场频率称为谐振频率。在谐振频率下，磁电复合材料往往得到比较大的磁电电压系数。目前，在交变磁场频率1 kHz~150 kHz范围内，大多数磁电复合材料的磁电电压系数与频率的关系图中只出现一个或者两个谐振峰（即一个或者两个谐振频率），而且每个谐振频率并不能单独调节。因此，在一定范围内，实现多谐振频率且谐振频率可调控对于磁电复合材料的传感器应用具有重大的现实意义。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提出一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构及其制备方法。
一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构，该结构由不同直径的具有同心圆结构的圆环层状磁电复合材料组成，不同直径的圆环层状磁电复合材料之间有圆环状间隙；所述圆环层状磁电复合材料由圆环状压电材料和圆环状磁致伸缩材料组成，圆环状压电材料内侧和外侧分别与一层圆环状磁致伸缩材料相连；所述不同直径的圆环层状磁电复合材料通过导线相连，形成串联或并联结构。
所述圆环状压电材料为Pb(Zr1-xTix)O3（PZT，其中x=0~1）、Pb(MgyNb1-y)O3-PbTiO3（PMN-PT，其中y=0~1）或BaTiO3材料。
所述圆环状磁致伸缩材料为Ni金属、CoFe合金或NiFe合金材料。
一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构的制备方法，其具体步骤如下：
（1）利用镀膜工艺在不同直径的圆环状压电材料的内外表面分别沉积一层圆环状磁致伸缩材料，制备出多个具有同心圆结构的圆环层状磁电复合材料；
（2）从多个圆环层状磁电复合材料的正负电极引出导线后串联或并联，形成多个圆环层状磁电复合材料的串联或并联结构。
所述镀膜工艺为电镀或化学镀工艺。
所述圆环状压电材料为Pb(Zr1-xTix)O3（PZT，其中x=0~1）、Pb(MgyNb1-y)O3-PbTiO3（PMN-PT，其中y=0~1）或BaTiO3材料。
所述圆环状磁致伸缩材料为Ni金属、CoFe合金或NiFe合金材料。
本发明的有益效果为：
本发明的磁电复合材料组元为圆环层状磁电复合材料。在一定范围内，直径不同的圆环层磁电复合材料具有不同的单个谐振频率及谐振峰值，而且其谐振频率的大小可以通过经验公式计算预测。将多个不同直径的圆环层状磁电复合材料进行串联或并联，形成圆环层状磁电复合材料的串联或并联结构。在一定范围内，本结构可实现多谐振频率及谐振峰，而且每个谐振频率的大小都可以通过改变相对应的圆环层状磁电复合材料的直径来调控。本发明的结构设计不仅可以为磁电复合材料器件的多频率操作提供了可能，而且，由于圆环的结构特性，直径不同的圆环可以环环相扣，不会造成结构体积的增大，便于磁电器件的制备。
附图说明
图1为本发明圆环层状磁电复合材料的串联和并联结构的示意图，其中图1a为串联结构，图1b为并联结构；
图2为本发明不同直径的圆环层状磁电复合材料的磁电电压系数αE,V与交变磁场频率f的变化关系；
图3为本发明两个圆环层状磁电复合材料所组成的串联合并联结构的磁电电压系数αE,V与交变磁场频率f的变化关系，其中图3a为串联结构，图3b为并联结构；
图4为本发明三个圆环层状磁电复合材料所组成的串联结构的磁电电压系数αE,V与交变磁场频率f的变化关系。
具体实施方式
本发明的提供了一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构及其制备方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
利用化学镀工艺制备出平均直径分别为22.5 mm、28.5 mm和34.5mm的Ni/PZT/Ni圆环层状磁电复合材料。将不同直径的圆环层状磁电复合材料用导线串联，形成串联结构，其结构如图1a所示。图2所示为不同直径的圆环层状磁电复合材料的磁电电压系数αE,V随交变磁场频率f的变化情况。每个圆环层状磁电复合材料的曲线中出现一个谐振峰，不同圆环直径的圆环层状磁电复合材料具有各自特定的谐振频率，可由经验公式计算预测。将两个圆环层状磁电复合材料串联，磁电电压系数αE,V随交变磁场频率f的变化曲线中出现两个谐振峰，如图3a所示。其谐振频率与单独的圆环层状磁电复合材料的谐振频率大小相同。将三个圆环层状磁电复合材料串联，磁电电压系数αE,V随交变磁场频率f的变化曲线中出现三个谐振峰，如图4所示。可以看出，本发明的结构设计使得磁电复合材料出现了多谐振特性，且每个谐振频率都可以通过改变相对应的圆环层状磁电复合材料的直径来控制。
实施例2
利用化学镀工艺制备出平均直径分别为22.5mm和28.5mm的Ni/PZT/Ni圆环层状磁电复合材料。将不同直径的圆环层状磁电复合材料用导线并联，形成并联结构，其结构如图1b所示。图2所示为不同直径的圆环层状磁电复合材料的磁电电压系数αE,V随交变磁场频率f的变化情况。每个圆环层状磁电复合材料的曲线中出现一个谐振峰。将两个圆环层状磁电复合材料并联，磁电电压系数αE,V随交变磁场频率f的变化曲线中出现两个谐振峰，如图3b所示。
Claims (2)
1.一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构，其特征在于：该结构由不同直径的具有同心圆结构的圆环层状磁电复合材料组成，不同直径的圆环层状磁电复合材料之间有圆环状间隙；所述圆环层状磁电复合材料由圆环状压电材料和圆环状磁致伸缩材料组成，圆环状压电材料内侧和外侧分别与一层圆环状磁致伸缩材料相连；所述不同直径的圆环层状磁电复合材料通过导线相连，形成串联或并联结构；
所述圆环状压电材料为PZT、PMN-PT或BaTiO3材料；
所述圆环状磁致伸缩材料为Ni金属、CoFe合金或NiFe合金材料。
2.一种可控多谐振频率的磁电复合材料结构的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)利用镀膜工艺在不同直径的圆环状压电材料的内外表面分别沉积一层圆环状磁致伸缩材料，制备出多个具有同心圆结构的圆环层状磁电复合材料；
(2)从多个圆环层状磁电复合材料的正负电极引出导线后串联或并联，形成多个圆环层状磁电复合材料的串联或并联结构；
所述镀膜工艺为电镀或化学镀工艺；
所述圆环状压电材料为PZT、PMN-PT或BaTiO3材料；
所述圆环状磁致伸缩材料为Ni金属、CoFe合金或NiFe合金材料。
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