Ｎｉ－Ｍｎ基铁磁形状记忆合金／压电体复合材料及磁电效应应用，所述复合材料为ＮｉＭｎＣｏＳｎ／压电材料，压电材料为：ＰＺＴ和ＰＭＮ－ＰＴ单晶。Ｎｉ－Ｍｎ基铁磁形状记忆合金／压电层状复合材料的磁电效应应用，以ＮｉＭｎＣｏＳｎ／压电材料构成复合材料，首先将压电材料片的表面镀上金属电极，后将片状铁磁相ＮｉＭｎＣｏＳｎ形状记忆合金与压电片材料之间粘结构成复合材料，在外加磁场作用下，在复合材料中的压电片有电压输出；由外磁场驱动铁磁相形状记忆合金产生马氏体相变，此结构相变引起的应力作用在压电体上，并通过压电体的压电效应，在压电体上产生电压输出，从而获得正磁电效应。并可得到逆磁电效应的利用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于形状记忆合金/压电体复合材料技术，是材料物理的范畴，具体涉及 到一类具有优异磁电特性以及广泛应用前景的新型复相多铁性材料，即M-Mn基铁磁形状 记忆合金/压电陶瓷层状复合材料。提出了利用Ni-Mn基铁磁形状记忆合金中温度、磁场以 及外应力对马氏体相变的驱动作用、马氏体相变特征以及压电陶瓷良好的(逆)压电效应， 获得了 Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电陶瓷层状复合材料中优异的磁电效应(包含正磁 电效应和逆磁电效应)。
技术介绍
磁电多铁性材料由于具有多种功能特性，具有很好的潜在应用前景，最近几十年 得到了人们的广泛研究。早期人们主要研究单相磁电多铁性材料，但是，到目前为止，这类 材料的新颖特性大都表现在低温下且磁电耦合效应强度较弱，在实际应用上仍然存在很多 困难。因此，近年来，人们着手研究具有多铁特性且更具实际应用价值的新型材料。复相磁 电多铁性材料是近几年来发展起来的一类新型多功能材料，在室温条件下可以实现复合材 料中的磁性及电性之间的相互调控，表现出良好的磁电耦合特性，因此具有很好的实际应 用前景。在复相磁电材料中，包含磁致伸缩合金和压电陶瓷的异质层状结构复合材料得 到了人们最广泛的研究，从目前的研究结果来看，在这类复合材料中，“Terfenol-D/压电 体”层状复合材料具有最好的磁电耦合综合特性。从原理上讲，对于正磁电效应，它是利用 Terfenol-D合金优异的磁致伸缩性能获得大的应力输出，从而可以在铁电体上得到大的电 压输出，即得到大的正磁电系数；而对于这一体系中的逆磁电效应，其基本原理是利用铁电 体中的逆压电效应和合金中的压磁效应，因此，这一体系材料中的逆磁电效应强度主要取 决于合金压磁系数的大小。从材料选择来看，在这一类具有较好磁电特性的复合材料中，铁 磁合金中含有价格较高的稀土材料，且其中的压电体大多选择为单晶材料，从制备到加工 均有较高的费用。为此，人们希望从新机理、新材料设计角度出发，获得具有更好综合磁电 效应特性、成本较低的复合磁电材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是从新的机理及新材料选择角度出发，提出并制备出一种新型磁电材 料一-Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电陶瓷层状复合材料及其磁电效应应用，其中的磁 电效应机制不同于一般“磁致伸缩合金/铁电体”复合材料，同时也获得了材料中室温下优 异的磁电效应。本专利技术的技术方案是一种Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料及磁电 效应应用，所述Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电陶瓷复合材料组成的通式为NiMn CoSn /压电陶瓷；其中常用的压电陶瓷为PZT和PMN-PT单晶。本专利技术磁电材料Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电层状复合材料的应用，通式为NiMn CoSn/压电材料。首先将压电材料片的表面镀上金属电极，后将片状铁磁相形状记忆 合金与压电片材料之间粘结构成复合材料，在外加磁场作用下，在复合材料中的压电材料 片有电压输出；本专利技术利用外磁场驱动铁磁相形状记忆合金产生马氏体相变，此结构相变 引起的应力作用在压电体上，并通过压电体的压电效应，在压电体上产生电压输出，从而获 得Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电陶瓷层状复合体系中的正磁电效应。在复合材料的压电体上外加电场时，铁磁形状记忆合金中的磁化强度发生变化； 当在压电体上外加电压时，由于压电体的逆压电效应而产生的应力作用在铁磁形状记忆合 金上，利用应力驱动铁磁形状记忆合金产生马氏体相变，引起合金中的磁化强度变化，从而 获得Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电陶瓷层状复合体系中的逆磁电效应。1.提出将铁磁形状记忆合金中磁场驱动马氏体相变这一特性应用于“铁磁/压 电”复相材料的正磁电效应中。在此之前，“铁磁/压电”复相材料的正磁电效应研究中，铁磁相所用的是稀土合 金(如Terfenol-D合金)、铁氧体(如NiFeO3)等材料，它是利用铁磁相的磁致伸缩特性获得 应力输出到压电体，从而在压电体上得到电压输出。我们知道，在铁磁形状记忆合金的马氏 体相变过程中，合金的晶格结构发生变化，同样会产生应变。因此，将磁电复合材料中的铁 磁相选择为铁磁形状记忆合金，利用这一类合金在外磁场作用下引起的结构相变，输出应 力到压电体，从而在压电体上得到电压输出。基于这一原理，本专利技术获得了室温下Ni-Mn基 铁磁形状记忆合金/压电陶瓷层状复合材料中较大的正磁电系数。本专利技术的有益效果是不但获得正磁电效应，而且本专利技术“铁磁形状记忆合金/压 电体”复合材料中获得大的逆磁电效应。目前在“铁磁/压电”复合材料的逆磁电效应研 究中，铁磁相通常选择具有优良磁致伸缩特性的合金(如Terfenol-D合金)或具有高的磁 导率软磁合金(如FeBSiC合金)，其原理主要是利用这类合金的压磁效应(应力作用对软磁 合金的磁导率也有重要影响)，进而获得逆磁电效应。而在本专利技术中，通过从新的机理以及 新材料选择两方面，结合铁磁形状记忆合金的新颖特性，提出在“铁磁/压电”复合磁电材 料中，引入铁磁形状记忆合金作为铁磁相，研究其中的逆磁电效应。其原理是利用铁磁形状 记忆合金的马氏体相变过程伴随磁化强度改变，以及温度、应力、磁场对马氏体相变的驱动 作用。具体过程为在相变温度附近，来自于压电陶瓷的应力作用在合金上，与直流偏置磁 场共同驱动相变，从而引起磁化强度的变化(由于马氏体及奥氏体相之间大的磁化强度差 别)。基于以上原理，我们获得了室温下Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电陶瓷层状复合材 料中优异的逆磁电系数及其良好的温度、磁场和频率特性。附图说明图1是Ni43Mn41C05Sn11/ Pb(Zra52Tia48)O3层状样品的结构示意图。图中 Pb(Zra52Tia48)O3表面为银电极；铁磁相与压电相之间用环氧树脂胶粘结。图2是在不同温度下Ni43Mn41C05Sn11/ Pb (Zr0.52Ti0.48) O3复合材料正磁电系数 (α DME)的频谱特性。图3 是在 293 K 下，Ni43Mn41C05Sn11/ Pb(Zra52Tia48)O3 复合材料的横向和纵向 aDME与直流偏置磁场(Hbias)的关系。图4是在 293 K下，Ni43Mn41C05Sn11/ Pb(Zra52Tia48)O3 复合材料的横向和纵向 α DME与交变磁场幅度(Ha。)的关系图5是在不同温度下Ni43Mn41Co5Sn11/ Pb(Zra52Tia48)O3复合材料横向逆磁电系数 (α CME)的频谱特性。图6是Ni43Mn41C05Sn11/ Pb(Zra52Tia48)O3复合材料的横向和纵向α ■与直流偏 置磁场(Hbias)的关系。图7是在293 K下Ni43Mn41C05Sn11/ Pb(Zra52Tia48)O3复合材料的诱导磁感应强度 (B—)与驱动电压幅度(Ua。)的关系。具体实施例方式物理量及一些参量的说明磁电效应包含正磁电效应和逆磁电效应，其中，正磁 电效应是指材料在磁场作用下的电极化改变，用正磁电系数=Ufl (单位V /cm Oe)表征；而逆磁电效应是指材料在电场作用下的磁极化强度改变，用逆磁电系数殘ι(单位G /V)表征。直流偏置磁场(Hbias)在磁电效应测量时，加在样品上的外加直流磁场。交变磁场(H本文档来自技高网...
【技术保护点】
Ｎｉ－Ｍｎ基铁磁形状记忆合金／压电体复合材料，其特征是复合材料为ＮｉＭｎ ＣｏＳｎ／压电材料，压电材料为：ＰＺＴ和ＰＭＮ－ＰＴ单晶。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王敦辉，陈水源，轩海成，都有为，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[]
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