一种磁电复合材料及其制备方法技术

一种磁电复合材料及其制备方法，所采用的压电纤维为中空结构，所述压电纤维经过径向极化；所述的压电纤维除一端外，该压电纤维的中空结构内以及压电纤维外均填充固化有磁致伸缩颗粒与树脂的混合物；所述的压电纤维的内外均被覆有电极材料，所述的压电纤维一端的外表面上设有一环形未被覆电极带。因此，本发明专利技术的目的就是针对现有磁电复合材料的缺点，首次成功的制得一种基于中空压电纤维的磁电复合材料；所得磁电复合材料具有磁性相体积分数可调范围大，磁性相与压电相接触面积大；磁致伸缩颗粒的体积分增加的同时，避免复合材料由绝缘体变成导体；可很好的应用于磁电传感器、智能滤波器、高密度磁记录等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种磁电复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种新型磁电复合材料。尤其涉及一种利用中空压电纤维制备新型磁电复合材料的方法。
技术介绍
磁电材料是具有磁电效应的新型功能材料，兼有铁磁和压电性能，在磁传感、磁存储与磁记录、磁力成像技术、多态记忆元件等诸多领域都有很大的应用潜力，近年来已引起了广泛的关注。根据磁电材料的组成，可将其分为单相磁电材料和磁电复合材料。单相磁电材料即只有一种组成相构成的具有磁电效应的磁电材料，而磁电复合材料是指将压电相和磁性相复合形成的多铁性磁电复合材料。磁电复合材料利用电畴与磁畴的相互作用，实现压电-铁磁之间的耦合，这种两相间耦合产生的乘积效应使得原本没有磁电性的组分经过复合后具有了磁电性，所得的磁电复合材料相对于单相磁电材料具有Neel和Curie温度更高、磁电转换系数大等诸多优点，在微波泄露、高压输电系统中的电流测量方面有着很突出的优势。在磁电复合材料中，1-3型磁电复合材料是指将三维连通的磁性相分散在一维连通的压电相中，实验研究表明这种柱状阵列结构可以获得比常见的叠层2-2型磁电复合材料更大的磁电效应。但是单纯的铁磁相与压电相耦合形成的磁电复合材料涡流损耗高、脆性较大，降低了磁电复合材料的磁电转换效率并限制其在抗拉强度要求高的场合中的应用。研究人员通过在1-3型磁电复合材料中引入树脂，利用树脂的柔韧性及绝缘的特性，制备出涡流损耗低、柔韧性高的1-3型磁电复合材料。例如施展等运用切割填充的方法，将分散有Terfenol-D颗粒的树脂取代单一树脂，填充于采用切割法制备的PZT柱状阵列结构中，形成Terfenol-D、PZT与树脂的三元磁电复合材料。但在上述改进的磁电复合材料结构中，T.Mitsui在其专著（Anintroductiontothephysicsofferroelectric）中指出磁致伸缩相一般具有较低的电阻，过高的体积分数将存在漏电现象，对于利用切割填充法制备的磁电复合材料由于Terfenol-D颗粒的导电性，加入过多的Terfenol-D颗粒将形成渗流通道导致复合材料由绝缘体变成导体，使得复合材料不具有压电性，同时也就没有磁电性,NanCW等研究表明对于无规则颗粒复合材料的磁性相渗流阈值一般在0.16左右，因此一般Terfenol-D颗粒的体积分数被限制在16%以内，而施展等又从理论上指出磁性颗粒体积分数在0.4左右出现最大的磁电系数。因此为了提高磁电复合材料的磁电系数就必须提高磁电相的体积分数，而对于传统的1-3型磁电复合材料过大的磁电相体积分数将形成渗流通道使复合材料变为导体从而失去磁电效应，因此传统的1-3型磁电复合材料难以调节磁性相的体积分数，基于此，也无法通过调节磁性相的体积分数来进一步提升1-3型磁电复合材料的有关性能。
技术实现思路
针对上述磁电复合材料中磁性相体积分数受限的缺点，本专利技术通过设计中空压电纤维取代传统的实心纤维，对中空压电纤维进行径向极化，这就使得磁性相加入不会影响压电相的极化，同时即使存在渗流通道也不会影响复合材料的压电效应，因而使得磁性相的可调范围大大增加，同时中空压电纤维的引入使得磁性颗粒与中空压电纤维的内壁和外壁都可以发生耦合，接触面积大幅提升，有利于进一步提高磁电复合材料的磁电系数。因此，本专利技术的目的就是针对现有磁电复合材料的缺点，首次成功的制得一种基于中空压电纤维的新型磁电复合材料；所得磁电复合材料具有磁性相体积分数可调范围大，磁性相与压电相接触面积大；磁致伸缩颗粒的体积分数在大幅度增加的同时，避免复合材料由绝缘体变成导体；可很好的应用于磁电传感器、智能滤波器、高密度磁记录等领域。本专利技术采用如下技术方案：一种磁电复合材料，所采用的压电纤维为中空结构，所述压电纤维经过径向极化；所述的压电纤维除一端外，该压电纤维的中空结构内以及压电纤维外均填充固化有磁致伸缩颗粒与树脂的混合物；所述的压电纤维的内外均被覆有电极材料，所述的压电纤维一端的外表面上设有一环形未被覆电极带。所述的树脂为环氧树脂。一种磁电复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将混有有机溶剂、粘结剂、塑性剂的压电陶瓷粉经挤压制得结构为中空的压电陶瓷生坯，在中空的压电陶瓷生坯内、外表面涂覆电极浆料；b、将混有有机溶剂、粘结剂、塑性剂的炭黑经挤压制得到圆柱状生坯和方形炭黑生坯，并在圆柱状炭黑生坯表面涂覆电极浆料；c、将圆柱状碳黑生坯套装在中空的压电陶瓷生坯内部后，并一起组装在方形或长方形炭黑生坯设有的内孔中形成一个整体组合物，将所述的组合物置于共挤压设备中进行共挤压，反复挤压之后得到内部为炭黑材料，中间为压电陶瓷材料，外部为炭黑材料的复合纤维生坯；上述复合纤维经烧结后，获得内外均被覆有电极的中空压电纤维，将中空压电纤维一端的外表面部分电极刮除形成一环形未被覆电极带，然后对中空压电纤维进行径向极化；将极化完全的中空压电纤维垂直放置于方形模具中；d、将环氧树脂与磁致伸缩颗粒混合，并进行排气处理；e、将混合好的环氧树脂与磁致伸缩颗粒的混合物倒于模具中，在真空状态下，使环氧树脂固化；f、将固化完全的具有中空压电纤维的磁电复合材料加工至所需尺寸，即获得磁电复合材料。所述a和b步中的有机溶剂可以是丙酮、环己醇或汽油等中的一种或几种，可以选用相同组分也可以选用不同组分；粘结剂可以是聚乙烯、淀粉或石蜡等中的一种或几种，可以选用相同组分也可以选用不同组分；塑性剂可以是甘油、己基草酸或邻苯二甲酸酯等中的一种或几种，可以选用相同组分也可以选用不同组分。所述a和b步中的有机溶剂是丙酮、环己醇或汽油等的一种或几种，a和b步中的有机溶剂可以选用相同组分也可以选用不同组分。所述粘结剂是聚乙烯、淀粉或石蜡等中的一种或几种，a和b步中的粘结剂可以选用相同组分也可以选用不同组分。所述的塑性剂是甘油、己基草酸或邻苯二甲酸酯等中的一种或几种，，a和b步中的塑性剂可以选用相同组分也可以选用不同组分。本专利技术将圆柱状碳黑生坯、方形炭黑生坯和中空压电陶瓷生坯组合并置于共挤压设备中进行共挤压，经过反复挤压之后得到复合纤维生坯。将上完电极的复合纤维置于电炉中进行烧结，获得内外分别被有电极的中空压电纤维，将外表面部分电极刮除保持两段分布如图1所示，由于中空压电纤维尺寸较小难以从其内部引出接线，因此这种两段式分布使得引线都在压电纤维外部进行从而使极化过程和从传感器引出接线过程都更为容易。最终在硅油中进行极化。将极化完全的单根或多根纤维垂直放置于方形模具中。本专利技术采用以上技术方案具有如下技术效果：本专利技术首次成功的制得一种基于中空压电纤维的新型磁电复合材料。本专利技术所涉及的新型磁电复合材料由内外分别被电极的中空压电纤维和磁致伸缩颗粒复合而成，由于只在中空压电纤维的内、外壁间施加电压，中空压电纤维的中空部分与中空压电纤维的外壁之外的部分均为等电势点，电场仅分布在纤维环壁中，中空压电纤维内外均没有电场，因此使用过程中不会由于超磁致伸缩颗粒的填充而形成渗流通道造成短路引起灵敏度的降低，且磁致伸缩颗粒也不再有现有技术中存在的问题，即受到体积分数的限制需要控制添加量，因此可在更大范围内通过调节磁性相的体积分数的情况下，仍具有良好的整体结构的磁电效应；如本专利技术实施例中体积分数在高达51%、65%、78%的情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁电复合材料，其特征在于，所采用的压电纤维为中空结构，所述压电纤维经过径向极化；所述的压电纤维除一端外，该压电纤维的中空结构内以及压电纤维外均填充固化有磁致伸缩颗粒与树脂的混合物；所述的压电纤维的内外均被覆有电极材料，所述的压电纤维一端的外表面上设有一环形未被覆电极带。2.根据权利要求1所述的磁电复合材料，其特征在于，所述的树脂为环氧树脂。3.一种磁电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：a、将混有有机溶剂、粘结剂、塑性剂的压电陶瓷粉经挤压制得结构为中空的压电陶瓷生坯，在中空的压电陶瓷生坯内、外表面涂覆电极浆料；b、将混有有机溶剂、粘结剂、塑性剂的炭黑经挤压制得到圆柱状生坯和方形炭黑生坯，并在圆柱状炭黑生坯表面涂覆电极浆料；c、将圆柱状炭黑生坯套装在中空的压电陶瓷生坯内部后，一起组装在方形或长方形炭黑生坯设有的内孔中形成一个整体组合物，将所述的组合物置于共挤压设备中进行共挤压，反复挤压之后得到内部为炭黑材料，中间为压电陶瓷材料，外部为炭黑材料的复合纤维生坯；上述复合纤维经烧结后，获得内外均被覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斗，朱松，林秀娟，陈子琪，周科朝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：