磁电双层膜层间耦合的弹性力学研究

基于磁致伸缩相与压电相的本构方程,应用弹性力学模型,简要介绍了如何推导自由状态的磁电双层膜纵向、横向磁电(ME)电压系数. 并采用相应的材料参数计算了La_07Sr_03MnO₃-Pb(Zr,Ti)O₃ (LSMO-PZT),Tb_1-xDy_xFe_2-y(TDF)-PZT双层膜中的磁电电压系数,具体分析了其与压电相 关键词： 磁电效应 双层膜 TDF LSMO PZT     

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     

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     

对称磁电层合板磁电转换效应理论研究

磁致伸缩和压电层合材料通过磁致伸缩和压电效应的乘积可以获得大的磁电效应.通过材料的力学本构方程，建立了对称磁电层合板磁电耦合的静态力学模型；采用ANSYS 80多物理场有限元分析软件，对层合结构的磁电转化效应进行了数值计算，并与理论计算值进行了对比.研究结果表明：磁致伸缩/压电的厚度比增加使磁电电压系数增大；所推导的磁电电压系数公式的计算值与等效电路模型推导的公式计算值符合很好；有限元数值计算结果介于两种模型的计算结果之间. 关键词： 磁电效应 层合板 本构方程 有限元分析     

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     

1-3型纳米多铁复合薄膜中电场诱导的磁化研究

运用Landau-Devonshire热力学唯像理论,考虑铁电相和铁磁相的电致伸缩、磁致伸缩效应以及产生于铁电/铁磁和薄膜/基底界面的弹性应力作用,两次重整介电和磁作用系数得到了这种多铁系统在Landau自由能函数下的本征二次方磁电耦合形式,从而研究了外延1-3型纳米多铁复合薄膜中极化、磁化随薄膜厚度、温度的变化以及该薄膜中外加电场诱导的磁化变化.结果表明薄膜平面内的应压力的弛豫使得磁化强度和极化强度随薄膜厚度的增加而减少,外加电场不仅能诱导铁电相极化场翻转,而且由于铁电和铁磁相界面竖直方向的弹性耦合导致 关键词： 多铁 磁电效应 磁致伸缩 薄膜     

2-2型PMNT/NFO复合磁电效应模拟

利用弹性力学模型,基于铁电相与铁磁相的本构方程,建立磁电复合材料的本构方程,推导2-2型非理想耦合的磁电双层、三层复合薄膜的纵向、横向磁电(ME)电压系数.研究铁磁相材料铁酸镍(NFO)和铁电相材料铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)复合的磁电效应,分析复合材料的磁电电压系数与PMNT体积分数、界面耦合参数、两相体积比及复合总层数的关系.结果表明两相材料的性能、体积分数以及耦合系数、复合层数都影响磁电电压系数.     

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     

基于能量转换原理的磁电层合材料低频磁电响应分析

提出了一种基于能量转换原理的磁致伸缩/压电层合材料低频磁电响应模型,并对不同层合结构的磁电响应特性进行了对比研究.该模型假定层合材料层间能量传递通过层间剪切力来实现,利用应力函数法分析了磁致伸缩层和压电层的应力与应变,求出了磁致伸缩层的应变能和存储磁场能以及压电层的应变能和电场能;利用Hamilton最小能量原理求出了层间剪切力的大小,获得了开路状态下层合材料的低频磁电响应模型.发现磁电电压系数与磁致伸缩材料的磁导率、泊松比、磁机耦合系数以及压电材料的泊松比、机电耦合系数等有关,并对这些参数的影响进行了分析.同时对两层和三层结构的层合材料磁电特性进行了对比研究,发现层合结构不同则获得的磁电系数公式不同,用相应的公式计算得到的误差才会最小.研究结果表明,本文的理论误差小于6.5%,与其他方法相比,本文的理论模型能更好地描述磁电层合材料的低频磁电响应特性.     

有限输入阻抗下压电/磁伸层叠材料磁电效应理论及实验

将磁致伸缩材料及压电材料本构方程与运动方程结合,考虑压电材料具有的高输出阻抗的特点及测试设备的有限输入阻抗和传输信号引线电容对磁电效应输出电压的影响,推出了Terfenol-D巨磁伸材料与横向极化Pb(Zr_1-xTi_x)O₃压电材料的磁电效应理论,研制了由一维磁伸材料构成的三明治结构元件并对其性能进行了测试,采用考虑了测试系统有限输入阻抗后建立的磁电效应理论结果与实验结果更符合.理论结果表明磁电元件在有限输入阻抗 关键词： 磁电效应 有限输入阻抗 压电/磁伸复合 一维磁伸材料     

Influence of the stress on magnetoelectric effect in magnetostrictive-PZT bilayers

In this letter, we investigate the influence of the stress on magnetoelectric (ME) effect in a magnetostrictive-PZT bilayer. ME voltage coefficient α*_E = δE / δH, where δE is the induced electric field for an applied alternating current (ac) magnetic field δH, is obtained by solving the stress-related piezoelectric constitutive equation and the conventional magnetostrictive equation with appropriate boundary condition. Based on the free-energy density function of the PZT film in stress state, we get the stress-related piezoelectric charge coefficient ^p d*₃₁ and dielectric permittivity ^pε*₃₃. After taking the cobalt ferrite (CFO) as magnetostrictive phase, it is found that α*_E increases with decreasing 2-d compressive stress for CFO-PZT, which not only is qualitatively consistent with previous experimental measurements, but also provides a possible route to improve the ME effect.      

Direct and inverse magnetoelectric effect in layered composites in electromechanical resonance range: A review

A model is presented for the increase in magnetoelectric (ME) coupling in magnetostrictive-piezoelectric bilayers in the electromechanical resonance region. The ME voltage coefficients α_E have been estimated for transverse field orientations corresponding to minimum demagnetizing fields and maximum α_E. We solved the equation of medium motion taking into account the magnetostatic and elastostatic equations, constitutive equations, Hooke's law, and boundary conditions. The resonance enhancement of ME voltage coefficient for the bilayer is obtained at antiresonance frequency. To obtain the inverse ME effect, a pick up coil wound around the sample is used to measure the ME voltage due to the change in the magnetic induction in magnetostrictive phase. The measured static magnetic field dependence of ME voltage has been attributed to the variation in the piezomagnetic coefficient for magnetic layer. The frequency dependence of the ME voltage shows a resonance character due to the longitudinal acoustic modes in piezoelectric layer. The model is applied to specific cases of cobalt ferrite–lead zirconate titanate and nickel–lead zirconate titanate bilayers. Theoretical ME voltage coefficients versus frequency profiles are in agreement with data.     

Effect of preferred orientation on magnetoelectric properties of multiferroic La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3 heterostructure

The epitaxial La_0.7Sr_0.3MnO₃/BaTiO₃ bilayer heterostructures were deposited on LaAlO₃ (001) and (110) substrates by pulsed laser deposition. The inherent ferromagnetic, ferroelectric properties and strong magnetoelectric (ME) effect at room temperature were approved, which correlated to the preferred orientation of the films. Both heterostructures showed similar frequency-dependent ME behavior in 0.1 kHz-100 kHz, the ME voltage coefficients were around 140 mV/cm Oe and 104.8 mV/cm Oe at 1 kHz for (001) and (110) oriented bilayers, respectively. This was at least one order of magnitude higher than previously reported results of the related heterostructures, which is mainly ascribed to the lower dielectric constant of BTO film.     

Fe掺杂量对双层复合结构BaTi1-zFezO3+δ-Tb1-xDyxFe2-y中磁电耦合的影响

采用溶胶凝胶方法制备了Fe掺杂钛酸钡多晶系列陶瓷BaTi_1-zFe_zO_3+δ(0.005≤z≤0.02) (BTFO).X射线衍射实验显示,所制备的BTFO的结构仍然为四方相钙钛矿.差热分析表明,该BTFO样品的铁电-顺电转变温度及相变潜热随掺杂量z的增加而下降.将该BTFO极化后与Tb_1-xDy_xF 关键词： 磁电耦合 掺杂效应 掺杂钛酸钡