[发明专利]一种叠层式磁电存贮器用复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电材料，具体地说是一种叠层式磁电存贮器用复合材料。

背景技术

磁场能与电能间的耦合，在军事、民用领域有着非常重要的应用。其中两个最有潜力的应用领域当属磁场探测器与电写磁读式磁记录器件，基于的原理分别是磁电效应和反磁电效应。在磁探测方面，广泛应用在地磁场探测、海洋磁场探测、人体脑磁场测量、磁噪声测量等众多领域，具有其它信号探测方式不可替代的优点。已有技术关于磁电效应的研究已取得了很大进展，获得了较高的磁电系数，可达到传统单向材料Cr₂O₃的100倍以上。

已有技术的缺点是：反磁电效应研究少，特别是具有较高反磁电系数的材料少，限制了压电材料的应用。因此研究通过对输入电信号的调节，有效的控制磁信号的读出，发明一种利用压电变压器与磁致伸缩材料复合，增强反磁电效应的复合材料对发展新型的磁电存贮器件是十分重要的。

本发明利用高性能压电单晶变压器的升压效应和具有高磁致伸缩系数材料的大应变特性相结合，发明了一种结构简单、体积小、具有高反磁电系数的磁电存贮用复合材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、体积小、高反磁电系数的复合材料。

本发明的目的是这样实现的：

一种叠层式磁电存贮器用复合材料，上部的磁致伸缩材料、中部的压电材料和下部的磁致伸缩材料三层材料之间用绝缘胶粘接，三层材料的厚度比例为1∶0.6～1∶1；压电材料为铌镁酸铅～钛酸铅单晶材料。

铌镁酸铅～钛酸铅单晶材料的化学组成为(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3O₃)-xPbTiO₃(PMN-PT)，x的最优组分范围为0.28＜x＜0.33，结晶学取向为长度沿<001>方向。

磁致伸缩材料是具有显著磁致伸缩效应的、可将磁场能转换为机械能或将机械能转换为磁场能的金属、合金以及铁氧体等磁性材料，英文名称：magnetostrictive material。

本发明磁电存贮器为复合材料，结构如图1所示，具有磁致伸缩材料-压电材料-磁致伸缩材料的层状结构。磁致伸缩材料、压电材料的输出部分和磁致伸缩材料之间用一层薄的绝缘胶连接，实现机械耦合，三层材料优化后的厚度比例为1∶0.6～1∶1。基于逆压电效应，利用中间的压电材料实现电能与机械能的转换，产生弹性形变，然后传递到上、下两层磁致伸缩材料，引起磁致伸缩材料磁感应强度的变化，通过线圈测出感应电压的大小，进一步计算得到反磁电系数。

如图2所示的压电材料还可同时实现电信号及反磁电系数的进一步放大的功能。整个压电材料分为两部分，沿长度方向极化的输入部分和输出部分。压电材料设有输入电极、公共接地电极、输出电极。当输入部分施加电信号时，由逆压电效应，在输入部分会产生应变；应变传递到输出部分，通过机电变压效应，在谐振态下输出端产生放大效应，并传递到磁致伸缩材料。这样在较小的输入信号下，即能实现较大的磁信号输出，从而大大提高反磁电系数。

本发明的优点是：

1、提供多端输入。特别是利用变压器的放大效应，较小的电输入信号上实现较大磁信号的输出，具有高反磁电系数。

2、结构简单，体积小、制作方便。

3、响应快、易调谐、功耗低。

附图说明

图1为本发明叠层式磁电存贮器用复合材料结构图。

图中：1为磁致伸缩材料；2为压电材料；3为磁致伸缩材料；4为电压输入端；5是公共接地端；6为电压输入端；7为感应电压输出端；8为感应电压输出端。

图2为具有放大效应的压电材料的结构图。

图中：9为输入部分，沿长度方向极化；10为输出部分，沿长度方向极化；电极11为输入部分电极；12为公共接地电极，13为输出电极。

图3为具有放大功能的压电材料的升压比曲线。

图4为在电压输入端6施加电信号时，复合材料的反磁电系数随频率的变化曲线，对应未经放大的反磁电系数α_B。

图5为在电压输入端4施加电信号时，复合材料的反磁电系数随频率的变化曲线，对应前置放大后的反磁电系数α_B。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。