一种共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种具有共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法。它是由正磁致伸缩材料、压电材料以及负磁致伸缩材料层叠合而成后，固定在一种T型结构玻璃基板上而形成的一种悬臂梁结构的复合磁电材料，正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4～2。在高或低的偏置磁场作用下，随着正负磁致伸缩层厚度比的不同，其共振模式也会发生变化。在制备时，调节正、负磁致伸缩层不同厚度比，可得到不同的共振模式。本发明专利技术相比于其他共振模式单一的磁电耦合材料，通过改变正负磁致伸缩层厚度比，对磁电效应的共振模式进行有效的调控，可以在多共振模式下实现多频磁电效应的增强，从而为多频器件的发展做出贡献。

【技术实现步骤摘要】
一种共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种具有磁电耦合效应的复合材料及其制备技术，特别涉及一种具有共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法。
技术介绍
复合磁电材料是具有磁电耦合效应的材料，其具有良好的磁能与电能的转化功能，在外加磁场或者是外加电场的作用下分别产生电极化或者磁化。将磁电材料制备成磁电功能器件，可应用于磁场和电场传感、磁电信息存储、电流检测、微波泄漏检测等
，具有体积小、磁能与电能转换效率高、易于集成、易于多功能化设计等优点，因此，开发具有大磁电效应的磁电材料及器件一直以来受到人们的重视。复合磁电材料是由铁电相和铁磁相复合形成，其中的铁电相和铁磁相本身不具有磁电耦合效应，但两者复合后，通过两相界面应力为媒介的“乘积相互作用”可以使铁电-铁磁共存体系在室温下产生明显的磁电耦合效应。通过磁电耦合系数对磁电效应的强弱进行表征，其定义为αE＝dE/dH，其中，E为材料的电场输出，H为所施加的外部磁场。一直以来，经过人们的不懈努力，现如今已经发展了多种连通型结构和耦合方式的复合磁电材料。如2-2型层状复合磁电材料Terfenol-D/PZT、0-3型的CoFe2O4/PZT复合材料，等等。但大部分的复合材料的磁电耦合系数在mV/cm·Oe的数量级。后来人们发现在共振耦合的模式下，复合磁电材料的磁电耦合系数可以有明显的增加。如M.I.Bichurin等[M.I.Bichurin，D.A.Filippov，et.al.Resonancemagnetoelectriceffectsinlayeredmagnetostrictive-piezoelectriccomposites.PHYSICALREVIEWB2003，68：132408-1-132408-4.]报道的NiFe2O4/PZT共烧磁电复合材料圆片在一阶横向共振频率320kHz时的磁电电压系数可达23V/cm·Oe。专利ZL03132167.4报道的纵向耦合模式下的磁电复合材料矩形片在一阶纵向共振频率约60kHz时的磁电电压系数也达到了8.7V/cm·Oe，等等。尽管人们实现了在共振模式下的磁电效应的增强，但是其共振模式单一，无法进行有效的调控，不利于多频器件的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述复合磁电材料的共振模式单一的不足，提供一种具有共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法,其结构新颖，制备工艺简单，旨在通过对共振模式的调控，为多频器件的理论和发展做出贡献。本专利技术是这样实现的。它主要由负磁致伸缩材料镍片、压电材料PZT、正磁致伸缩材料Terfenol-D(Tb1-xDyxFe2)和基面组成，在压电材料PZT的正面粘接有正磁致伸缩材料Terfenol-D，在其反面粘接有负磁致伸缩材料镍片，再将压电材料PZT的任一端垂直固定在基面上，形成一种悬臂梁结构；正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4～2，其中Terfenol-D磁致伸缩沿长度方向，PZT的极化沿厚度方向，镍磁致伸缩沿长度方向。所述的正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4，或者为1:1，或者为1:2。所述的基面材料为金属，或者玻璃，或者塑料。所述的粘接用粘合剂为环氧树脂。其制备方法具体包括以下步骤：步骤一：用玻璃制备一个具有T型结构的支架。步骤二：选取尺寸相同的正磁致伸缩材料Terfenol-D和负磁致伸缩材料镍片各一片，再选取两端尺寸大2.5～5mm的PZT片，先使用粘合剂将正磁致伸缩材料Terfenol-D和压电材料PZT粘合在一起，两端留出空白，然后再将负磁致伸缩材料镍片用环氧树脂粘合剂粘在PZT的反面，并与正面的Terfenol-D对应，其中正磁致伸缩材料Terfenol-D与负磁致伸缩材料镍片的厚度比为1:0.4～2。步骤三：将步骤二中的样品，粘到步骤一制得的T型结构的一个基面上，或者其他基面上，放置晾干后，形成一种悬臂梁结构的共振模式可调的磁电耦合复合材料。粘合时，其中Terfenol-D磁致伸缩沿长度方向，PZT的极化沿厚度方向，镍磁致伸缩沿长度方向。采用本专利技术可以达到以下技术效果：(1)获得价格低廉的磁电耦合复合材料：本专利技术所采用的镍片、压电材料PZT、稀土合金Terfenol-D，粘合剂环氧树脂均已经产业化，且制备工艺简单。(2)获得性能可调的磁电耦合复合材料：在准静态的偏置磁场的条件下，随着正负磁致伸缩材料稀土合金Terfenol-D与镍片的厚度比的不同，实现其磁电耦合性能的调控。(3)获得共振模式可调的磁电耦合复合材料：随着正负磁致伸缩材料稀土合金Terfenol-D与镍的厚度比的不同，可进一步调控其共振模式。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术悬臂梁结构的磁电耦合复合材料的实物图。图3是在高偏置磁场400Oe下，磁电耦合复合材料Terfenol-D/PZT/Ni在悬臂梁结构下磁电耦合系数随频率变化的关系图。其中f1b,f2b,f3b分别为一阶、二阶、三阶弯曲振动模式峰值对应的频率，f1l,f2l,f3l分别为一阶、二阶、三阶弯曲振动模式峰值对应的频率。图4是在低偏置磁场-50Oe下，复合磁电材料Terfenol-D/PZT/Ni在悬臂梁结构下磁电耦合系数随频率变化的关系图。具体实施方式实施例该磁电耦合复合材料保持Terfenol-D的厚度为0.5mm不变，Ni厚度分别为0.2mm、0.5mm、1mm，制备正、负磁致伸缩层(Terfenol-D与Ni)厚度比分别保持为1:0.4、1:1、1:2的三种样品。步骤一：取两块载玻片，其中一块用玻璃刀切为长15mm,宽5mm,厚度为1mm，即尺寸为15mm×5mm×1mm的长条状，然后通过使用环氧树脂将切得的长条状玻璃片垂直地粘在另一块载玻片上，形成一个T型结构，放置48小时晾干，共做3个。步骤二：将尺寸为20mm×5mm×1mm的PZT与尺寸为15mm×5mm×0.5mm的Terfenol-D用环氧树脂粘合剂粘合在PZT的正面，其中PZT的两个端头分别留有2.5mm的空出部分，然后将尺寸为15mm×5mm×0.2mm、15mm×5mm×0.5mm、15mm×5mm×1mm的镍片分别用环氧树脂粘合剂粘在PZT的反面，并与正面的Terfenol-D对应，制成厚度比分别为1:0.4、1:1、1:2的三个样品，放置48小时晾干。步骤三：将步骤二制备得到的样品，用环氧树脂粘合到步骤一的T型玻璃结构上，然后放置晾干，最后制得图1所示的悬臂梁式Terfenol-D/PZT/Ni层状磁电耦合复合材料的样品。对上述方法所制得的样品施加400Oe的高偏置磁场，得到图3所示Terfenol-D/PZT/Ni在悬臂梁结构下磁电耦合系数随频率变化的关系图。其中正磁致伸缩层Terfenol-D厚度为0.5mm，负磁致伸缩层Ni厚度为0.2mm、0.5mm、1mm，使得正负磁致伸缩层厚度比分别为1:0.4、1:1、1:2。在悬臂梁结构下，层状复合磁电结构出现了六个共振峰，其中包括三个弯曲振动峰，三个长度振动峰。当Ni厚度为0.5mm即正负磁致伸缩层厚度比为1:1时，二阶弯曲振动峰达到最大值，磁电耦合系数为1.38V/cm·Oe，一阶弯曲振动峰大幅度降低，当Ni厚度为1mm即正负磁致伸缩层厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共振模式可调的磁电耦合复合材料，它主要由负磁致伸缩材料镍片、压电材料Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、正磁致伸缩材料(Terfenol‑D)和基面组成，其特征在于在压电材料PZT的正面粘接有正磁致伸缩材料Terfenol‑D，在其反面粘接有负磁致伸缩材料镍片，再将压电材料PZT的任一端垂直固定在基面上，形成一种悬臂梁结构；正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4～2，其中Terfenol‑D磁致伸缩沿长度方向，PZT的极化沿厚度方向，镍磁致伸缩沿长度方向。

【技术特征摘要】
1.一种共振模式可调的磁电耦合复合材料，它主要由负磁致伸缩材料镍片、压电材料Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、正磁致伸缩材料(Terfenol-D)和基面组成，其特征在于在压电材料PZT的正面粘接有正磁致伸缩材料Terfenol-D，在其反面粘接有负磁致伸缩材料镍片，再将压电材料PZT的任一端垂直固定在基面上，形成一种悬臂梁结构；正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4～2，其中Terfenol-D磁致伸缩沿长度方向，PZT的极化沿厚度方向，镍磁致伸缩沿长度方向。2.根据权利要求1所述的一种共振模式可调的磁电耦合复合材料，其特征在于所述的正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4，或者为1:1，或者为1:2。3.根据权利要求1所述的一种共振模式可调的磁电耦合复合材料，其特征在于所述的基面材料为金属，或者玻璃，或者塑料。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁亚军，郑志强，杨超，章天金，梁坤，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42