一种微型、柔性磁电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微型、柔性磁电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：步骤(1)：采用切割法切割压电陶瓷块体，制得压电陶瓷沿长度方向(轴向)平行的压电相的纤维阵列；步骤(2)：将磁性颗粒添加至粘结剂中得复合磁性材料溶液，随后将复合磁性材料溶液填充至压电相的间隙当中，干燥、固化、减薄处理获得压电相/磁性相复合层；步骤(3)：在压电相/磁性相复合层的上、下两面涂覆粘合剂，将所述的上、下叉指状电极镜面相对粘连，再和柔性绝缘薄膜粘合，随后经干燥、固化后再经极化处理，制得所述的磁电复合材料。本发明专利技术还包括所述的制备方法制得的微型、柔性磁电复合材料。本发明专利技术提供了一种厚度薄，结构紧凑且具备一定程度柔性变形，沿平面方向工作的片状磁电复合材料，适合制于驱动器、传感器等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁电复合材料及其制备
，具体涉及一种具有微型结构、具备一定柔性变形的磁电复合材料及其制备方法。
技术介绍
铁电/压电材料是一类电介质功能材料，在传感驱动、信息存储等领域占据重要地位，磁性材料更是涉及面广，特别是在信息存储中占据主导地位，多铁性磁电复合材料是一种新型多功能材料，不但能用于单一铁性材料的应用领域，更在新型磁-电传感器件、自旋电子器件、新型信息存储器等领域展现出巨大的应用前景。复合磁电材料相比于单相多铁材料完全不同，构成磁电复合材料的铁电相和磁性相本身不具有磁电效应，但二者之间的耦合可以使铁电-铁磁共存体系在室温下产生显著的磁电效应。在经典块体磁电复合材料中，磁电效应为磁性相磁致伸缩效应与铁电压电相压电效应的“乘积”，表明磁电复合材料中两相之间通过力学应变-应力传递实现电与磁的耦合，当磁电复合材料置身于磁场中时，磁性相因为磁致伸缩效应产生应变，应变传递到压电相上，由压电效应产生电极化。目前，研究者们已经报道了多种组成成分(如陶瓷基复合材料、铁磁金属/合金基复合材料、高分子基复合材料等)、多种连通型结构(如0-3型颗粒复合材料、2-2型叠层复合材料、1-3型纤维复合材料)的磁电复合材料。对于0-3型颗粒复合结构，由于铁氧体颗粒一般为导体或半导体，高含量填充的铁氧体颗粒会由于渗流效应使复合陶瓷难以极化，使得该体系的压电、铁电性不高，并产生漏电流降低材料的磁电效应。相比于颗粒状复合结构，2-2型层状结构将压电层与铁氧体叠层共烧，避免了漏电流的现象，使得复合材料能够显示出更大的磁电效应，但是也同样存在高温共烧带来的问题。相比于前面两种结构，清华大学、南京大学和香港理工大学的研究组提出了三相磁电复合材料，以树脂为基体，采用简单的切割-室温固化方法制备了具有更优磁电性能的1-3型三相磁电复合材料，获得了高于复合陶瓷体系的显著磁电效应。多铁性磁电复合材料在室温下的显著磁电效应推动了其在
的应用研究，目前已经提出了磁电复合材料在传感器、换能器、滤波器、振荡器、存储器等方面潜在的应用可能，特别引人注意的是材料尺度的减小使其更有可能应用于集成或微小磁传感元件，元器件的微型化、集成化、低功耗的需求促使我们不断优化磁电复合材料的结构设计。现有的磁电复合材料大多为将单一磁性相层和压电相层粘连复合而成，例如公开号为CN102034926A的中国专利文献公开了一种压电材料层串接的磁电层合材料结构，由最上层的磁致伸缩材料层、中间层的压电材料层和最下层的另一磁致伸缩材料层组成，高分子粘结剂将这三层粘结成一个整体，其特征是：所述压电材料层由四片相同的单个压电材料层串接而成，单个压电材料层之间由高分子粘结剂粘结；两所述磁致伸缩材料层沿长度方向磁化，压电材料层沿长度方向极化，单个压电材料层的极化方向沿3mm维度方向。该种技术方案就是将压电层和磁致伸缩材料层上下粘结形成一个三层结构，而这种结合方式所造成的界面损耗是不可避免的，利用环氧树脂导电银胶或胶水把预先选择好的铁电材料和铁磁材料粘结起来形成的块体结构的多铁性复合材料在高频下容易出现涡流现象，并且铁磁相易碎，此外有机粘结层具有较低的机械强度，会导致复合材料的老化，不适于大批量生产。现有的磁电复合材料大多体型较大，且不具备柔性变形。
技术实现思路
为解决现有技术中磁电复合材料体型大、不具有柔性、容易漏导等技术问题，本专利技术公开了一种具有微型结构、具备一定柔性变形的磁电复合材料的制备方法，旨在使磁电复合材料在具备良好磁电性能的前提下更为微型化。另外，本专利技术还提供了所述制备方法制得的磁电复合材料。一种微型、柔性磁电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：步骤(1)：采用切割法切割压电陶瓷块体，制得压电陶瓷沿长度方向(轴向)平行的压电相的纤维阵列；步骤(2)：将磁性颗粒添加至粘结剂中得复合磁性材料溶液，随后将复合磁性材料溶液填充至压电相的间隙当中，干燥、固化、减薄处理获得压电相/磁性相复合层；步骤(3)：在压电相/磁性相复合层的上、下两面涂覆粘合剂，将所述的上、下叉指状电极镜面相对粘连，再和柔性绝缘薄膜粘合，随后经干燥、固化后再经极化处理，制得所述的磁电复合材料。本专利技术中，所采用的切割填充法制备磁电复合材料，制得的压电相/磁性相复合层呈平面式的整体结构，压电相、磁性相同属一平面，相互交替循环延伸；且相邻的压电相或磁性相不相连。本专利技术制得的磁电复合材料的界面结合紧密且产生的界面损耗少，将磁性颗粒分散在环氧树脂中成功地避免了铁磁相易碎的问题，并且制备后的磁电复合材料为微型具备柔性的结构。作为优选，所述压电相的纤维阵列为若干平行设置的矩形长条状压电相条组成，且各压电相的宽度相等、相邻压电相的间距相等。作为优选，所述的压电相的材料为锆钛酸铅、铌镁锆钛酸铅、聚偏氟乙烯、钛酸钡、铌酸钠钾至少一种。即步骤(1)的压电陶瓷块体优选为锆钛酸铅陶瓷块体、铌镁锆钛酸铅陶瓷块体、聚偏氟乙烯陶瓷块体、钛酸钡陶瓷块体或铌酸钠钾陶瓷块体。进一步优选，所述的压电相为锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)。所述的压电相/磁性相复合层中的磁性相由复合磁性材料溶液固化而成，所述的复合磁性材料溶液为掺杂有磁性颗粒的粘结剂。作为优选，步骤(2)中，磁性颗粒为Terfenol-D和/或铁酸钴颗粒；优选为Terfenol-D(铽镝铁合金；稀土超磁致伸缩材料)。磁性颗粒的粒径为50～75μm；优选为53μm。作为优选，所述的复合磁性材料溶液中，所述的磁性颗粒的体积百分含量为20％～40％。也可认为，所述的磁性相中，所述的磁性颗粒的体积百分含量为20％～40％。作为优选，所述的磁性相中，所述的磁性颗粒的体积百分含量为30％。所述的粘结剂可为环氧树脂、硅胶、橡胶或者其他柔性绝缘材料；作为优选，所述的粘结剂为环氧树脂。步骤(1)中，压电相的宽度为650～750μm；长度为4～6mm；相邻压电相的间距为400～600μm。作为优选，步骤(1)中，压电相的宽度为690μm；长度为5mm；相邻压电相的间距为500μm。作为优选，所述的压电相的宽度大于相邻压电相间距。作为优选，步骤(2)中，所述的压电相/磁性相复合层中，压电相的体积百分含量为50％～77.53％；磁性相的体积百分含量为22.47％～50％。步骤(2)中，所述的压电相/磁性相复合层中，压电相的体积百分含量为57.98％；磁性相的体积百分含量为42.02％。所述的上、下叉指状电极的电极材料可为现有的本领域技术人员所熟知的电极材料，例如金、银、铜或者其他导电性材料。本专利技术中，作为优选，所述的上、下叉指状电极的电极材料为铜。作为优选，磁性相的宽度和叉指状电极的指间距相等。所述的叉指状电极的指间距为上(或下)叉指状电极交错设置的相邻地正极指部和负极指部之间的距离。本专利技术中，所述的上、下柔性绝缘薄膜可为本领域技术人员所熟知的具备一定柔性及绝缘薄膜；作为优选，所述的上、下柔性绝缘薄膜为聚酰亚胺膜。本专利技术中，采用粘合剂将所述的各层结构粘连复合，所述的粘合剂为环氧树脂、AB胶或其他强力胶。例如，先将叉指状电极(非镜面)印刷带聚酰亚胺膜上，再与压电相/磁性相复合层粘合。步骤(3)中，极化处理过程的极化电场为1.8～2.4kV/mm；极化温度为60～80℃。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型、柔性磁电复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤(1)：采用切割法切割压电陶瓷块体，制得压电陶瓷沿长度方向平行的压电相的纤维阵列；步骤(2)：将磁性颗粒添加至粘结剂中得复合磁性材料溶液，随后将复合磁性材料溶液填充至压电相的间隙当中，干燥、固化、减薄处理获得压电相/磁性相复合层；步骤(3)：在压电相/磁性相复合层的上、下两面涂覆粘合剂，将所述的上、下叉指状电极镜面相对粘连，再和柔性绝缘薄膜粘合，随后经干燥、固化后再经极化处理，制得所述的磁电复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种微型、柔性磁电复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤(1)：采用切割法切割压电陶瓷块体，制得压电陶瓷沿长度方向平行的压电相的纤维阵列；步骤(2)：将磁性颗粒添加至粘结剂中得复合磁性材料溶液，随后将复合磁性材料溶液填充至压电相的间隙当中，干燥、固化、减薄处理获得压电相/磁性相复合层；步骤(3)：在压电相/磁性相复合层的上、下两面涂覆粘合剂，将所述的上、下叉指状电极镜面相对粘连，再和柔性绝缘薄膜粘合，随后经干燥、固化后再经极化处理，制得所述的磁电复合材料。2.如权利要求1所述的微型、柔性磁电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，压电相的宽度为650～750μm；长度为4～6mm；相邻压电相的间距为400～600μm。3.如权利要求2所述的微型、柔性磁电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的磁性颗粒为Terfenol-D和/或铁酸钴颗粒；磁性颗粒的粒径为50～75μm。4.如权利要求3所述的微型、柔性磁电复合材料的制备方法，其特征在于，所述的复合磁性材料溶液中，所述的磁性颗粒的体积百分含量为20％～40％。5.如权利要求4所述的微型、柔性磁电复合材料的制备方法，其特征在于，所述的粘结剂为环氧树脂。6.如权利要求5所述的微型、柔性磁电复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斗，刘巍巍，吴明亮，罗行，陈超，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43