[发明专利]一种柔性多铁性器件

说明书

技术领域

本发明涉及多铁性材料技术领域，磁性传感器和能量收集领域，尤其涉及以一种柔性多铁性器件，能够应用磁传感和能量收集设备中。

背景技术

多铁性材料是一种集铁电性、铁磁性和铁弹性于一身的新型多功能材料。由于各种“铁性”之间存在耦合相互作用，多铁性材料具有一些独特的物理效应，比如，通过铁电性与铁磁性之间的耦合作用，可以利用磁场控制铁电性，也可以利用电场控制磁性，包括磁矩取向等。

多铁性材料在微弱磁场探测领域具有重要的应用前景，研究表明，多铁材料磁传感器预期灵敏度高达10^-12T以上，甚至可以用于探测生物体所产生的微弱磁场。另外，多铁性材料在电场写入磁场读出式高密度信息存储等方面也具有重要的应用前景。因此，新型多铁性材料的探索、结构的设计、机理的研究对于发展超高灵敏度的磁传感器及能量收集具有重要的意义。

目前，多铁性材料包括刚性多铁材料与柔性多铁材料。刚性多铁材料往往制备在刚性基底表面，或者材料自身具有刚性支撑效果，因此存在难以施加应力、难以大规模制备等缺点。相比而言，柔性多铁材料无基底或者基底为柔性，因此不仅具有柔韧性、便于携带，还大大降低了基底的束缚力，增强了磁电耦合效应。

但是，柔性材料往往具有无定型性，由柔性多铁材料制成柔性多铁性器件使用时，一般需要将柔性多铁材料置于刚性支撑体上，或者是将柔性多铁材料限制在具有刚性作用的封装体内，因此在实际使用中该柔性多铁性器件的磁电耦合效应往往由于刚性支撑体或者封装体的钉扎束缚作用而减弱。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述由柔性多铁材料制备柔性多铁性器件时所存在的问题，提供一种柔性多铁性器件，该器件能够降低刚性支撑体或者封装体对柔性多铁材料磁电耦合效应的影响，实现多铁材料中铁电铁磁之间更大的耦合以及在传感器和能量收集方面更为广泛的应用。

本发明实现上述技术目的所采取的技术方案为：一种柔性多铁性器件，主要包括柔性多铁材料，以及与柔性多铁材料底部相接触连接、用于支撑该柔性多铁材料的支撑体，所述的支撑体与柔性多铁材料的接触面分布在该柔性多铁材料的底部边缘，该柔性多铁材料以该接触面为支撑呈悬空状。

所述的柔性多铁材料包括单相多铁材料，或者由具有高居里温度、高磁化强度的铁磁材料与具有高铁电居里温度、高电极化强度的铁电材料构成的铁电/铁磁复合结构，如铁电/铁磁异质结或超晶格体系，即复合型多铁材料。

当柔性多铁材料为铁电/铁磁复合结构时，作为一种实现方式，自下而上依次为：底电极层、柔性铁电基底层、顶电极层、磁性材料层。作为另一种实现方式，自下而上依次为：顶端磁性材料层、底电极层、柔性铁电基底层、顶电极层、底端磁性材料层。

所述的支撑体与柔性多铁材料的接触面可以是闭合的环状结构，包括规则的环状结构，例如，圆环结构、椭圆环结构、中空的N边形结构N(N≥3)等，也包括不规则的环状结构；也可以是由n(n≥2)个彼此独立、无交叠的子接触面组成的整体，该子接触面形状包括规则形状，例如N(N≥3)边形结构，也包括不规则形状。

所述的柔性铁电基底层需要具有压电效应，该衬底包括但不限于单晶衬底、陶瓷衬底、金属衬底、有机物衬底、塑料衬底、铁电衬底等。

所述的顶电极层和底电极层采用非磁性材料构成，包括铂、金、钛、钨、钽、铝、铜、银及其合金等。

所述的支撑体采用非磁性材料构成，包括但不限于玻璃、塑料、橡胶等材料。

所述的铁磁材料层需要具有磁致伸缩效应，其构成包括但不限于磁性金属、磁性金属合金、磁性氧化物、有机磁性材料等。