FeCuNbSiB对FeNi/PZT复合结构磁电效应的影响

构造了FeCuNbSiB/FeNi/PZT磁电复合结构并与FeNi/PZT复合结构进行了对比研究.分析了高磁导率材料FeCuNbSiB对FeNi磁场的影响机理,研究了FeCuNbSiB/FeNi/PZT三相复合结构的磁电效应.实验表明,在FeNi/PZT两相层合结构中黏接FeCuNbSiB层后:1)最优偏置磁场从200 Oe降低到55 Oe,最大谐振磁电电压系数从1.59 V/Oe增大到2.77 V/Oe;2)在低偏置磁场中,层合结构磁电电压转换系数提高了1.7—7.8倍;3)层合结构的磁电电压对静态磁场 关键词： 层合结构 最优偏置磁场 高磁导率 磁电电压转换系数     

偏置磁场对磁致伸缩/弹性/压电层合材料磁电效应的影响

根据磁致伸缩材料的非线性本构关系得到其动态杨氏弹性模量和动态压磁系数,结合等效电路法得到磁致伸缩/弹性/压电层合材料的磁电效应与磁致伸缩材料的动态杨氏弹性模量和动态压磁系数的关系,讨论了偏置磁场对这种层合材料的谐振频率和谐振磁电电压转换系数的影响.理论推导和实验结果均表明,存在最佳偏置磁场使磁致伸缩/弹性/压电层合材料的谐振磁电电压转换系数最大. 关键词： 磁致伸缩/弹性/压电层合材料 磁电效应 偏置磁场 非线性本构关系     

考虑损耗的磁致/压电层合材料谐振磁电响应分析

运用等效电路法，对磁致/压电层合材料谐振状态下的磁电响应进行分析，得到了材料在谐振状态下的磁电电压转换系数理论计算公式. 详细地分析了磁致/压电层合材料在谐振点附近的磁损耗、机械损耗、电损耗，并给出了各种损耗相应的计算方法和大小，发现谐振状态下，材料的主要损耗来源于机械损耗. 分析结论较好地解释了磁电层合材料在不同偏置磁场下磁电响应的实验结果. 关键词： 磁致/压电层合材料 磁电效应 谐振 损耗分析     

非线性磁电换能器模型的谐振磁电效应分析及其输出功率优化

基于非线性磁致伸缩材料的本构方程,建立了一种“磁-力-电”多场耦合的层合磁电换能器的有限元模型,研究了不同偏置磁场下的谐振磁电效应.基于等效电路模型和二端口网络理论,实现了对谐振状态下磁电系数和等效源阻抗的完整求解.在磁电换能器与负载电阻之间引入优化的L节匹配网络,在提升负载功率的同时拓展了工作带宽.仿真结果与相关文献数据吻合,证实了该模型的准确性和有效性.仿真结果表明,所研究的层合磁电换能器,其磁电系数在450 Oe的偏置磁场下达到51.79 V/(cm·Oe)@51.4 kHz,在350 Oe的偏置磁场下达到极限输出功率–3.01 dBm@50.4 kHz.以保证负载功率为前提,通过优化匹配网络,可实现2.30 dB的功率提升和2.27倍的带宽拓展.本文所建立的非线性有限元模型充分考虑了偏置磁场对谐振磁电效应的影响,该研究结果对小型化磁耦合无线功率传输系统的设计和性能提升具有重要的指导意义.     

磁致伸缩/压电层叠复合材料磁电效应分析

采用有限元分析软件COMSOL5.0建立了三维悬臂梁模型,分析了磁致伸缩/压电/磁致伸缩叠层复合材料的磁电系数α_(ME),并就几何参数对复合结构磁电系数的影响进行了优化分析.首先,利用稳态求解器研究了磁电层状复合结构内部的应力、应变、位移以及电势分布情况,利用瞬态求解分析了磁电复合结构各变量动态分布规律;其次,应用小信号频域分析研究了该结构的谐振频率以及在不同偏置磁场对输出电压的影响,结果表明,随着直流偏置磁场的增加,输出电压逐渐减小.改变复合材料不同层的厚度,分析了磁电层与压电层厚度比t_m/t_p对磁电系数的影响,结果表明,随着厚度比增加,α_(ME)逐渐增大,其增加速率逐渐减小;最后,分析了磁电系数α_(ME)随复合结构面积、长宽比的变化情况.分析表明,α_(ME)随磁电复合结构面积的增加逐渐增加,其增加速率逐渐减小;当磁电复合结构面积恒定时,其磁电系数随长宽比L/W增加表现出先增加后减小的趋势,存在最优值.     

采用阶梯形弹性基底的磁致伸缩/压电复合结构磁电响应研究

利用阶梯形变幅杆的应变放大作用,构造了磁致伸缩/阶梯形弹性基底/压电复合结构. 采用等效电路法分析了沿长度方向振动复合结构的一阶磁电响应. 计算了Terfenol-D/阶梯形铍青铜基底/PZT-5H复合结构的磁电响应,并与实际结构的磁电响应进行了比较,由于理论分析中忽略了胶层产生的损耗,理论值和实验结果的变化规律相似,但是谐振频率点和磁电电压转换系数有一定的差异. 同时比较了阶梯形基底和等截面杆基底复合结构,分析表明前者具有更高的磁电电压转换系数. 研究了阶梯形弹性基底长度比及层厚比对复合结构纵振动一阶模 关键词： 磁电效应 磁致伸缩/压电复合结构 磁电响应     

磁致伸缩/压电叠层复合材料磁-机-电耦合系数分析

分析和推导了磁致伸缩/压电叠层复合材料的机-电耦合系数、磁-机耦合系数及磁-电耦合系数与磁致伸缩层和压电层性能参数及几何参数之间的关系.进一步分析表明,叠层复合材料低频时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数,谐振时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数与机械品质因素的乘积;磁电电压系数还与复合结构的本征阻抗有关,本征阻抗越大磁电电压系数越大.通过性能差异较大的Terfenol-D和FeNi基弹性合金分别与压电材料PZT5-H和PZT8相互组合构成复合材料的比较分析,进一步阐明了磁电复合材料磁-电耦合系数和机械品 关键词： 磁电效应 磁-机-电耦合系数 磁致伸缩材料 压电材料     

Ni/Pb(Zr,Ti)O3/TbFe2层状复合材料的谐振磁电特性研究

采用化学镀和黏接法制备层状磁电复合材料Ni/PZT/TbFe₂,研究其磁电性能及谐振频率随Ni层厚度的变化情况. 结果表明:Ni/PZT/TbFe₂层状磁电复合材料与其他结构的磁电性能不同,其一阶弯曲谐振峰值和纵向谐振峰值都很大. 随着Ni层厚度的增加,Ni/PZT/TbFe₂层状磁电复合材料的一阶纵向谐振峰值逐渐增大. 结合实验数据和理论计算值得出了材料的一阶弯曲谐振频率fr1和一阶纵向谐振频率f 关键词： 磁电效应 正磁致伸缩 负磁致伸缩 谐振频率     

TbDyFe/PZT层状复合材料的磁电效应研究

磁致伸缩/压电复合材料通过磁致伸缩和压电效应的乘积而可以获得大的磁电效应.用磁控溅射方法制备了TbDyFe/PZT层状复合材料，实验测试了TbDyFe/PZT两层及TbDyFe/PZT/TbDyFe三层复合材料的磁电电压系数随周期磁场频率的变化关系，并采用有限元数值计算方法对两种材料的磁电电压系数进行了计算.研究结果表明，实验测试曲线与数值计算结果符合很好，所制备的层状复合材料在共振频率处存在最大的磁电电压系数值，由于两层板与三层板的振动模式不同，三层复合板的共振频率远高于两层复合板的共振频率.在非共振频率下，三层复合板的磁电转换效应高于两层复合板.有限元计算结果还显示，磁电层状复合材料的磁电电压系数随磁致伸缩层厚度的增加而增大. 关键词： 磁电效应 层合板 TbDyFe 有限元分析     

准2-2型磁电多层复合材料的磁电性能

用带底座的Pb（Zr,Ti）O₃薄片阵列作为压电相,Terfenol-D粉末与树脂的混合物作为磁致伸缩相,灌注复合得到准2-2型磁电多层三相复合材料.研究了这种准2-2型多层结构在不同偏置磁场和不同角度下的磁电效应.其面内相互垂直的两个方向磁电电压系数分别在0.15和0.225 T磁场下达到峰值,低频下分别为1.62×10⁵ V·m^-1T^-1和1.75×10⁵ V·m^-1T^-1;而在垂直于面内方向,低频下磁电系数仅有1.3×10⁴ V·m^-1T^-1,体现出显著的磁电各向异性.这种准2-2型磁电多层复合材料具有较好的交流磁场灵敏度,在谐振频率下可以探测到10^-9 T的交流磁场的变化.进行合适的设计和排列,可以探测空间磁场的大小和方向,有望应用于磁场传感器等领域. 关键词： 磁电效应 多铁性 多层复合材料     

Optimal magnetoelectric coupling performance of Terfenol-D/PZT composites in resonance state under bias magnetic field

Laminated magnetoelectric (ME) composites with various thickness ratios were optimized, fabricated and experimentally investigated in this work. The Terfenal-D/PZT specimens with optimal thickness ratio between the magnetostrictive phase and piezoelectric phase, and two other values were tested for their ME coupling performance. The coupling voltage output increases linearly with the increase of DC bias magnetic field. The ME voltage coefficient increases more than 100 times in the resonance state for the optimal laminate. The DC bias magnetic field affects the ME voltage coefficient significantly, and also has little effect on the resonant frequency. The strength of AC magnetic field also slightly affects the ME voltage coefficient in resonance state, but does not affect the resonant state under which the same DC magnetic field is required. The experimental results can help understand the coupling performance of ME composite under bias magnetic field and prompt the application of ME devices.     

基于Metglas/PFC磁电层状复合材料的电能无线传输系统

本文完整推导了无直流偏磁条件下, 磁致伸缩材料和压电材料黏接而得的磁电层状复合材料输出电压、电流、磁电系数表达式, 制备了多个样品并实现了电能无线传输系统. 对样品的测试结果验证了理论分析的正确性. 进一步试验结果表明: 磁电层状复合材料的输出具有倍频特性, 材料长度与谐振频率成反比, 谐振状态下样品可在20 Oe的磁场中输出接近100 V (有效值)开路电压, 样品最大传输功率为520 mW (此为该传输方式下公开报道的最大功率), 功率密度为1.21 W/cm³, 样品最大传输效率达35%, 30°以内的偏转角度对材料的输出无显著影响. 试验结果表明, 基于Metglas/PFC磁电层状复合材料是小体积、 小功率、 对传输效率不甚敏感的电能无线传输应用的一种非常有前景的实现方式. 关键词： 磁电复合材料 无线能量传输     

Terfenol-D/PZT磁电复合材料的磁电相位移动研究

采用粘合法制备了叠层结构的块体Terfenol-D/PZT磁电复合材料,测量了不同频率下的磁电回线,采用新的极坐标下的方式做图.从极坐标下的磁电回线中可以看出,随直流磁场的变化,非谐振频率下的磁电相位发生了轻微移动,移动幅度随频率的增加而增加;而在谐振频率下,伴随着巨磁电效应,磁电相位发生了显著移动,移动幅度达到了近90°.与粉末Terfenol-D/环氧树脂/PZT磁电复合材料对比之后表明,非谐振频率下块体Terfenol-D/PZT的磁电相位移动主要由涡流引起;而谐振频率下大幅度相位移动则主要来源于Terfenol-D的磁致弹性变化.     

Resonance magnetoelectric effect without a bias field in a piezoelectric langatate-hysteretic ferromagnet monolithic structure

The frequency, field, temperature, and amplitude characteristics of the direct magnetoelectric effect are studied in a planar monolithic structure consisting of a piezoelectric langatate crystal and a layer of electrolytic nickel. A relation between the magnetic and magnetoelectric properties of the structure is demonstrated, which explains the effects observed in structures with hysteretic layers. At the planar acoustic resonance frequency of the structure (about 70 kHz), the effect amounting to 23 V/(Oe cm) in the absence of a bias field is discovered. In the temperature interval 150–400 K, the amount of the effect changes nearly twofold, the resonance frequency changes by about 1%, and the Q factor on cooling rises to about 8 × 10³. The field sensitivity of the structure is on the order of 1 V/Oe, which makes it possible to detect magnetic fields with an amplitude down to ～10^?6 Oe.     

高磁导率材料FeCuNbSiB对超磁致伸缩/压电层合材料磁电性能的影响

采用超磁致伸缩材料TbxDy_1-xFe₂(x≈0.3)(Terfenol-D)、压电材料PbZrxTi_1-xO₃(PZT)和高磁导率材料FeCuNbSiB构造了新型的层合结构.由于引入高磁导率材料FeCuNbSiB改变了Terfenol-D的内部磁场分布,并且在磁场作用下,FeCuNbSiB发生形变对Terfenol-D产生应力,增大了Terfeno 关键词： 磁电效应 磁致伸缩材料 压电材料 高磁导率材料     

Resonant amplification of the magnetoelectric effect in ferrite-piezoelectric composites

The magnetoelectric effect in ferrite-piezoelectric composites is considered. A theory of the magnetoelectric effect in the electromechanical-resonance region for disk-shaped samples is presented. The magnetooptical coefficient is calculated for longitudinal and transverse orientations of electric and magnetic fields. It is shown that the effect increases by a few orders of magnitude at the electromechanical-resonance frequency. The frequency dependence of the effect is experimentally studied for a ferrite-nickel spinel-PZT composite. A resonant increase in the effect is observed (in agreement with the theory); the highest value of the magnetoelectric coefficient was 15 V/(cm Oe).     

铁电/铁磁三相颗粒复合材料的磁电性能计算

采用格林函数方法给出了三相复合材料的磁电系数的解析式，对稀土-铁合金/压电陶瓷/高分子（Terfenol-D/PZT/PVDF）三相颗粒复合材料的磁电系数进行了计算.计算结果给出了复合材料的磁电性能与材料显微结构的关系，包括三相颗粒复合材料的磁电性能随组分、颗粒的长径比、PZT颗粒的电极化方向以及外磁场的变化趋势，可为实验设计提供参考和指导.通过合理设计，三相磁电复合材料的性能可以达到数百mV/A.作为一种新的磁电复合材料，三相颗粒复合材料有望成为一种新型高性能易制备的磁电材料. 关键词： 磁电效应 复合材料 格林函数