[发明专利]一种磁电复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及巨磁电效应的磁电复合材料及其制备技术领域。尤其涉及一种负磁致伸缩材料/压电材料/正磁致伸缩材料三层圆环状磁电复合材料及其制备方法。

背景技术

磁电复合材料是将铁电相与铁磁相经一定的方法复合形成的一种新型功能材料，不仅具有前者的压电效应和后者的磁致伸缩效应，而且还能产生出新的磁电转换效应。磁电复合材料在传感器、磁场探测、磁电能量转换、智能滤波器、磁记录等方面潜在着巨大的应用前景。近年来发展起来的层状磁电材料消除了组分间的化学相互作用，解决了渗流和传导的问题，并且将传统方法制备的磁电材料的磁电电压系数从原来的mV/(cm×Oe)量级提高到V/(cm×Oe)，实现了磁电材料的一次飞跃。

层状磁电复合材料磁电耦合效应的大小既取决于铁电相和铁磁相中的压电效应和磁致伸缩效应，又受材料的微结构、两相材料间应力及界面结构的影响。在专利号为200910234396.5的《制备磁电复合材料的化学镀方法》中，阐述了一种将压电层和磁致伸缩层直接耦合的制备磁电复合材料的化学镀方法，消除了中间层，增加了铁电相和铁磁相之间的弹性结合力，有效地提高了复合材料的磁电耦合性能。该方法设备简单，可以加工几乎所有几何外形的工件，适用于制备特殊结构的层状磁电复合材料。

最近发展起来的负磁致伸缩/压电/负磁致伸缩圆环状磁电复合材料由于结构特殊,压电层除受到周长方向的磁致伸缩产生的剪切应力外,还受到自束缚径向的伸缩产生的正应力,其磁电转换系数有了一定提高。然而在这种复合结构中，压电层受到外侧负磁致伸缩材料收缩时产生的压应力和内侧负磁致伸缩材料收缩时产生的拉应力。这两种应力存在一部分抵消，从而减弱了磁致伸缩层对压电层的应力传递，不能显著提高磁电转换系数。

发明内容

技术问题：本发明针对现有技术的缺点提供了一种磁电复合材料及其制备方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁电复合材料，：所述复合材料是由径向极化的圆环状压电材料、负磁致伸缩层和正磁致伸缩层复合而成的复合结构。

所述复合结构依次为外侧负磁致伸缩材料、径向极化的圆环状压电材料、内侧正磁致伸缩材料。 所述正磁致伸缩材料为可以用化学镀方法制备的材料，如Co、FeCo或FeCoNi；所述负磁致伸缩材料为可以化学镀方法制备的材料，如Ni ；所述压电材料是具有压电效应的陶瓷或者压电陶瓷与聚合物形成的复合压电材料。

一种制备所述的磁电复合材料的方法，包含以下步骤：

a、将压电材料制备成所需尺寸的圆环，并进行化学镀所需的金属化处理后，放入配置好的化学镀液中进行正磁致伸缩材料的沉积；

b、将步骤a得到的压电材料外侧的正磁致伸缩层打磨去除，用防水耐热型硅橡胶将圆环的内侧封死，对外侧进行金属化处理； 

c、使用化学镀的方法在压电材料外表面进行负磁致伸缩层沉积，在除去硅橡胶进行极化处理后即得到磁电复合材料。

本发明采用以上技术方案具有以下技术效果：

本发明所涉及的三层圆环状磁电复合材料，利用不同位置正负磁致伸缩的材料对圆环状压电材料的共同挤压作用，即通过外侧负磁致伸缩材料对压电材料向内的挤压和内侧正磁致伸缩材料对压电材料的向外挤压的共同作用。与同类型的单独正磁致伸缩材料组成圆环状磁电复合材料或单独负磁致伸缩材料组成的圆环状磁电复合材料相比，增大了层间的力传递从而具有更大的磁电效应。 

附图说明

图1为本发明磁电复合材料的结构示意图。

其中：1. 负磁致伸缩材料；2.压电材料；3. 正磁致伸缩材料。

图2为1kHz下，实施例所制备的Ni/PZT/Ni圆环状磁电复合材料的磁电电压系数α_E,V与偏置磁场的关系。

图3为H_DC=140Oe下，实施例所制备的Ni/PZT/Ni圆环状磁电复合材料的磁电电压系数α_E,V与频率的关系。

图4为1kHz下，实施例所制备的FeCo/PZT/FeCo圆环状磁电复合材料的磁电电压系数α_E,V与偏置磁场的关系。

图5为H_DC=150Oe下，实施例所制备的FeCo/PZT/FeCo圆环状磁电复合材料的磁电电压系数α_E,V与频率的关系。