[发明专利]一种共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种具有共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法。它是由正磁致伸缩材料、压电材料以及负磁致伸缩材料层叠合而成后，固定在一种T型结构玻璃基板上而形成的一种悬臂梁结构的复合磁电材料，正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4～2。在高或低的偏置磁场作用下，随着正负磁致伸缩层厚度比的不同，其共振模式也会发生变化。在制备时，调节正、负磁致伸缩层不同厚度比，可得到不同的共振模式。本发明相比于其他共振模式单一的磁电耦合材料，通过改变正负磁致伸缩层厚度比，对磁电效应的共振模式进行有效的调控，可以在多共振模式下实现多频磁电效应的增强，从而为多频器件的发展做出贡献。

技术领域

本发明涉及一种具有磁电耦合效应的复合材料及其制备技术，特别涉及一种具有共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法。

背景技术

复合磁电材料是具有磁电耦合效应的材料，其具有良好的磁能与电能的转化功能，在外加磁场或者是外加电场的作用下分别产生电极化或者磁化。将磁电材料制备成磁电功能器件，可应用于磁场和电场传感、磁电信息存储、电流检测、微波泄漏检测等技术领域，具有体积小、磁能与电能转换效率高、易于集成、易于多功能化设计等优点，因此，开发具有大磁电效应的磁电材料及器件一直以来受到人们的重视。

复合磁电材料是由铁电相和铁磁相复合形成，其中的铁电相和铁磁相本身不具有磁电耦合效应，但两者复合后，通过两相界面应力为媒介的“乘积相互作用”可以使铁电-铁磁共存体系在室温下产生明显的磁电耦合效应。通过磁电耦合系数对磁电效应的强弱进行表征，其定义为α_E＝dE/dH，其中，E为材料的电场输出，H为所施加的外部磁场。一直以来，经过人们的不懈努力，现如今已经发展了多种连通型结构和耦合方式的复合磁电材料。如2-2型层状复合磁电材料Terfenol-D/PZT、0-3型的CoFe₂O₄/PZT复合材料，等等。但大部分的复合材料的磁电耦合系数在mV/cm·Oe的数量级。后来人们发现在共振耦合的模式下，复合磁电材料的磁电耦合系数可以有明显的增加。如M.I.Bichurin等[M.I.Bichurin，D.A.Filippov，et.al.Resonance magnetoelectric effects in layeredmagnetostrictive-piezoelectric composites.PHYSICAL REVIEW B 2003，68：132408-1-132408-4.]报道的NiFe₂O₄/PZT共烧磁电复合材料圆片在一阶横向共振频率320kHz时的磁电电压系数可达23V/cm·Oe。专利ZL03132167.4报道的纵向耦合模式下的磁电复合材料矩形片在一阶纵向共振频率约60kHz时的磁电电压系数也达到了8.7V/cm·Oe，等等。尽管人们实现了在共振模式下的磁电效应的增强，但是其共振模式单一，无法进行有效的调控，不利于多频器件的发展。

发明内容

本发明的目的是针对上述复合磁电材料的共振模式单一的不足，提供一种具有共振模式可调的磁电耦合复合材料及其制备方法,其结构新颖，制备工艺简单，旨在通过对共振模式的调控，为多频器件的理论和发展做出贡献。

本发明是这样实现的。它主要由负磁致伸缩材料镍片、压电材料PZT、正磁致伸缩材料Terfenol-D(Tb_1-xDy_xFe₂)和基面组成，在压电材料PZT的正面粘接有正磁致伸缩材料Terfenol-D，在其反面粘接有负磁致伸缩材料镍片，再将压电材料PZT的任一端垂直固定在基面上，形成一种悬臂梁结构；正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4～2，其中Terfenol-D磁致伸缩沿长度方向，PZT的极化沿厚度方向，镍磁致伸缩沿长度方向。

所述的正、负磁致伸缩材料的厚度比为1:0.4，或者为1:1，或者为1:2。

所述的基面材料为金属，或者玻璃，或者塑料。

所述的粘接用粘合剂为环氧树脂。