CN103280521B - 两种磁电复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了两种磁电复合材料及其制备方法，该磁电复合材料由复合压电片和磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D构成，复合压电片通过GE胶水与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D粘接固定，复合压电片由多层复合压电片并联而成，复合压电片具有很大的电容，磁电复合材料的磁电转换灵敏度较高；制备时，首先将复合压电片与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D通过GE胶水粘接；然后在150摄氏度的条件下，烘烤并保温50分钟；最后自然冷却至室温，即所需磁电复合材料。该磁电复合材料在常温下获得很高的磁电灵敏度和逆磁电效应，制样简单，可大规模生产，复合压电片与磁致合金Ni复合需要偏压比低，利于在实用器件中的应用，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
Description
技术领域
本发明属于磁电材料技术领域，尤其涉及两种磁电复合材料及其制备方法。
背景技术
磁电效应是指材料在外加磁场中发生电极化响应的现象，或材料在外加电场中发生磁化改变的现象，后者通常称为逆磁电效应。自从19世纪末法国物理学家CurieP预言磁电效应以来，人们已经发现了许多单相磁电材料，例如Cr2O3，YMnO3等。单相磁电材料的铁磁Curie温度点(反铁磁Neel温度点)一般都远远低于室温，而且它们的磁电耦合很微弱，因此目前还未能在实际器件中获得应用。1972年，荷兰Philips实验室的Suchtelen设计了压电/铁磁复合陶瓷材料，发现其磁电性能大大提高。2001年，宾州大学设计了压电/磁致层状复合材料，进一步提高了磁电系数，引起国际上的广泛关注。在这种复合结构中，磁电或者逆磁电效应是通过磁致伸缩效应和压电效应的“乘积”效应实现的，是一种磁-弹-电多场耦合效应。
近年来，层状磁电复合材料一直是国际上的研究热点。在目前报道的层状复合磁电材料中，压电材料复合压电片/磁致合金Ni(TD)复合材料具有超高的磁电性能。这主要是因为压电片是目前最好的压电材料之一，同时磁致合金Ni合金具有巨磁致伸缩效应，是目前最好的磁致伸缩材料之一。因此我们采用改进的压电片，即复合压电片，这两种材料复合制备磁电材料具有很好的发展前景。
发明内容
本发明提供了两种磁电复合材料及其制备方法，旨在解决现有技术提供的磁电复合材料，在常温下不能获得很高的磁电性能，制样复杂，不适于可大规模生产，不利于实用器件中应用的问题。
本发明的目的在于提供两种磁电复合材料，该磁电复合材料包括：复合压电片、磁致合金Ni、磁致伸缩材料Terfenol-D；所述复合压电片通过GE胶水与所述磁致合金Ni粘接固定，或与磁致伸缩材料Terfenol-D粘接固定。
进一步，所述复合压电片由多层压电片并联而成。
进一步，该磁电复合材料的磁电转换化相位范围在π/2-π之间。
进一步，该磁电复合材料的逆磁电转换化相位范围在π/2-π之间。
本发明的另一目的在于提供一种磁电复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤一，将复合压电片与磁致合金Ni通过GE胶水粘接；
步骤二，将复合压电片与磁致伸缩材料Terfenol-D通过GE胶水粘接；
步骤三，在150摄氏度的条件下，烘烤并保温50分钟；
步骤四，自然冷却至室温，即所需磁电复合材料。
进一步，磁致合金Ni与复合压电片复合中，复合压电片长*宽*厚＝20.0mm*2.78mm*0.5mm，由15层压电陶瓷组成，Cp＝184nF；磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D长*宽*厚＝20.0mm*3mm*0.7mm。
本发明提供的磁电复合材料及其制备方法，该磁电复合材料由复合压电片和磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D构成，复合压电片通过GE胶水与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D粘接固定，复合压电片由多层复合压电片并联而成，复合压电片具有很大的电容，磁电复合材料的磁电转换灵敏度较高；制备时，首先将复合压电片与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D通过GE胶水粘接；然后在150摄氏度的条件下，烘烤并保温50分钟；最后自然冷却至室温，即所需磁电复合材料；该磁电复合材料在常温下获得很高的磁电性能，制样简单，可大规模生产，复合压电片与磁致合金Ni复合需要偏压比低，利于实用器件中的应用，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的磁电复合材料的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的磁电复合材料的制备方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的磁致伸缩材料Terfenol-D与复合压电片复合，驱动磁场Hbias为300Oe时，磁电转换化系数及相位随频率的变化曲线；
图4是本发明实施例提供的磁致合金Ni与复合压电片复合后逆磁电转换化系数及相位随频率的变化曲线；
图5是本发明实施例提供的磁致合金Ni与复合压电片复合，驱动磁场Hbias为100Oe时磁电转换化系数及相位随频率的变化曲线；
图6是本发明实施例提供的磁致合金Ni与复合压电片复合，频率为10kHz时，对微弱信号的响应，可探测到0.01Oe的微弱磁信号；
图7是本发明实施例提供的磁致伸缩材料Terfenol-D与复合压电片复合，频率为51kHz时，对微弱信号的响应，可探测到0.003Oe的微弱磁信号；
图8复合压电片和磁性层粘接示意图，上半部分为多层复合压电片并联示意图，共15层，每层37μm.
图中：1、复合压电片；2、磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
图1示出了本发明实施例提供的磁电复合材料的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
本发明的磁电复合材料包括：复合压电片1、磁致合金Ni或磁致伸缩Terfenol-D材料2；复合压电片1通过GE胶水与磁致合金Ni2粘接固定。
在本发明实施例中，复合压电片1由多层复合压电片并联而成。
在本发明实施例中，该磁电复合材料的磁电转换化相位范围在π/2-π之间。
图2示出了本发明实施例提供的磁电复合材料的制备方法的实现流程。
该制备方法包括以下步骤：
步骤S201，将复合压电片1与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D2通过GE胶水粘接；
步骤S202，在150摄氏度的条件下，烘烤并保温50分钟；
步骤S203，自然冷却至室温，即所需磁电复合材料。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明对复合压电片和磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D层状复合材料的磁电振动特性进行研究，压电材料和磁致伸缩材料在提高磁电特性上起着很重要的作用，复合压电片的压电性能很好，灵敏度高，磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D的磁致伸缩性能是很强的，这两种材料复合能产生很强的磁电共振，本发明还公开了整个测试过程中的制样及测试方法。本发明将磁电转换化系数增加到10V/(cm·Oe)。
本发明的优点在于：使用多层并联复合压电陶瓷的压电片，使得复合压电片的压电作用更加强烈，提高了压电片电容，从而增加了磁电共振，增加了磁电转换化的灵敏度，这种材料能提高磁电换能器的转化效率。Ni片与复合压电片复合具有更低的偏压比，更利于在实用器件中应用。
如图3所示，本发明实施例提供的磁致伸缩材料Terfenol-D与复合压电片复合，驱动磁场Hbias为300Oe时，磁电转换化系数及相位随频率的变化曲线；
如图4所示，本发明实施例提供的磁致合金Ni与复合压电片复合后逆磁电转换化系数及相位随频率的变化曲线，是目前最高的逆磁电转化系数。
如图5所示，本发明实施例提供的磁致合金Ni与复合压电片复合，驱动磁场Hbias为100Oe时磁电转换化系数及相位随频率的变化曲线。
如图6所示，本发明实施例提供的磁致合金Ni与复合压电片复合，频率为10kHz时，对微弱信号的响应，可探测到0.01Oe的微弱磁信号。
如图7所示，本发明实施例提供的磁致伸缩材料Terfenol-D与复合压电片复合，频率为51kHz时，对微弱信号的响应，可探测到0.003Oe的微弱磁信号。
本发明的有益效果是：
①常温下获得很高的磁电性能。
②制样简单，可大规模生产。
③多层压电片并联，磁电转换化可获得更高的灵敏度与更高的逆磁电转化系数。
④Ni片与复合压电片复合需要偏压更低，更有利于实用器件中应用。实验发现：Ni与复合压电片复合需要磁场100Oe；磁致伸缩材料Terfenol-D与复合压电片复合需要磁场300Oe。
复合压电片和磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D复合材料，其中复合压电片长*宽*厚＝20.0mm*3mm*0.3mm，由15层压电陶瓷组成，Cp＝184nF；磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D，长*宽*厚＝20.0mm*3mm*1.15mm。将两种材料通过GE胶水粘接好后，在烘箱里150摄氏度，保温50分钟，然后自然冷却。
本发明实施例提供的磁电复合材料及其制备方法，该磁电复合材料由复合压电片1及磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D2组成，复合压电片1通过GE胶水与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D2粘接固定，复合压电片1由多层复合压电片并联而成，复合压电片具有很大的电容，磁电复合材料的磁电转换灵敏度较高；制备时，首先将复合压电片1与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D2通过GE胶水粘接；然后在150摄氏度的条件下，烘烤并保温50分钟；最后自然冷却至室温，即所需磁电复合材料；该磁电复合材料在常温下获得很高的磁电性能，制样简单，可大规模生产，复合压电片1与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D2复合需要偏压比较低，利于实用器件中的应用，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.磁电复合材料，其特征在于，该磁电复合材料包括：复合压电片、磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D；所述复合压电片通过GE胶水与所述磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D粘接固定；
所述复合压电片由多层压电片并联而成；
该磁电复合材料的磁电转换化相位范围在π/2-π之间；
该磁电复合材料的逆磁电转换化相位范围在π/2-π之间；
复合压电片与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D复合中，复合压电片长*宽*厚＝20.0mm*3mm*0.3mm，由15层压电陶瓷组成，Cp＝184nF；磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D，长*宽*厚＝20.0mm*3mm*1.15mm。
2.根据权利要求1所述磁电复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
步骤一，将复合压电片与磁致合金Ni或磁致伸缩材料Terfenol-D通过GE胶水粘接；
步骤二，在150摄氏度的条件下，烘烤并保温50分钟；
步骤三，自然冷却至室温，即所需磁电复合材料。
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