本文關(guān)鍵詞： 磁電效應(yīng) 本構(gòu)方程 異型磁電復(fù)合材料 彎曲振動(dòng)模式 拉伸模式 線性 低頻諧振　出處：《南京師范大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：磁電效應(yīng)定義為：材料由于電場(chǎng)誘導(dǎo)的磁化改變或由磁場(chǎng)誘導(dǎo)的電極化改變。自然界中具有磁電效應(yīng)的單相材料十分稀缺,并且它們的磁電響應(yīng)很微弱且只能在一些極端的溫度條件下才能實(shí)現(xiàn)。科學(xué)家們便利用鐵磁材料的磁致伸縮效應(yīng)和鐵電材料的壓電效應(yīng)組合構(gòu)成的復(fù)合材料產(chǎn)生需要的磁電效應(yīng)。因此磁電復(fù)合材料的磁電效應(yīng)是通過界面之間的彈性耦合導(dǎo)致的乘積效應(yīng)引起。這種復(fù)合材料有著豐富的應(yīng)用前景,包括低頻下存在的巨大磁電效應(yīng),彎曲和機(jī)電頻率下磁電耦合的增強(qiáng),靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)下對(duì)鐵性體序參量的調(diào)控,等。這類磁電復(fù)合材料在磁場(chǎng)傳感器,信號(hào)處理設(shè)備,和能量收集器的應(yīng)用已見諸報(bào)導(dǎo)。研究較多的多鐵性磁電復(fù)合材料主要有以下幾種模型：0-3型顆粒復(fù)合材料,2-2型層狀復(fù)合材料和1-3型纖維復(fù)合材料。這些模型的提出與制備使得磁電復(fù)合材料的磁電響應(yīng)有了重大的突破。此后物理學(xué)家們又提出了相應(yīng)的理論模型來解釋實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象。其中研究較為廣泛的理論模型有基于彈性力學(xué)和電磁學(xué)理論的彈性力學(xué)解法和基于格林函數(shù)的多散射解法以及微觀力學(xué)解法。本文首先對(duì)最近引起較多關(guān)注的異型磁電復(fù)合材料的研究進(jìn)展做了一些簡(jiǎn)要的介紹。通過對(duì)前人研究成果的總結(jié)和筆者對(duì)異型磁電復(fù)合材料的理解設(shè)計(jì)了一種較為新穎的異型磁電復(fù)合材料。樣品由壓電材料Pb(Zr0.52Ti0.48)03(PZT-5H)口鐵磁材料錳鋅鐵氧體(Mn-Zn ferrites)組成。一共制作了4組樣品進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)。新設(shè)計(jì)的異型磁電復(fù)合材料更加容易發(fā)生彎曲應(yīng)變,并且材料在彎曲振動(dòng)模式下的彎曲振動(dòng)頻率很低。樣品的磁電電壓系數(shù)在磁場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大呈近乎線性的變化。筆者的其中一個(gè)樣品在零偏置磁場(chǎng)下交流磁場(chǎng)頻率為271 Hz時(shí),磁電電壓系數(shù)為6.938V/cm Oe;當(dāng)將直流磁場(chǎng)調(diào)整為136 Oe時(shí),一個(gè)樣品在諧振頻率256 Hz時(shí)的磁電電壓系數(shù)可以高達(dá)113 V/cm Oe。由此筆者在很低的頻率下實(shí)現(xiàn)了較大的磁電響應(yīng),這為樣品在未來的磁電多功能材料中的應(yīng)用提供了可能。最后筆者理論探討了彎曲模式下磁電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制,并得出在應(yīng)力大小相等的情況下,彎曲模式的磁電響應(yīng)大于拉伸模式。
[Abstract]:Magnetoelectric effect is defined as magnetization change induced by electric field or electrode change induced by magnetic field. Single phase material with magnetoelectric effect is very rare in nature. And their magnetoelectric response is very weak and can only be realized under some extreme temperature conditions. Scientists use the combination of the magnetostrictive effect of ferromagnetic materials and the piezoelectric effect of ferroelectric materials to produce composite materials. Therefore, the magnetoelectric effect of magnetoelectric composite is caused by the product effect caused by elastic coupling between interfaces. It includes the large magnetoelectric effect at low frequency, the enhancement of magnetoelectric coupling at the bending and electromechanical frequencies, the regulation of the order parameters of the ferroelectric body in the electrostatic field and the static magnetic field, etc. The magnetoelectric composite materials are used in the magnetic field sensor. The applications of signal processing equipment and energy collector have been reported. 2-2 laminated composites and 1-3 fiber composites. These models have made a great breakthrough in the magnetoelectric response of magnetoelectric composites. Then physicists put forward the corresponding theoretical models. The widely studied theoretical models include elastic mechanics solution based on elastic mechanics and electromagnetism theory, multiple scattering solution based on Green's function and micromechanics solution. First of all, this paper briefly introduces the research progress of irregular magnetoelectric composite materials which have attracted more attention recently. Through the summary of previous research results and the author's understanding of irregular magnetoelectric composites, a new kind of special magnetoelectric composites is designed. Novel heterogeneous magnetoelectric composites-samples from piezoelectric materials PBB. Zr0.52Ti0.48O03 (PZT-5H) ferromagnetic material Mn-Zn ferrite). A total of 4 groups of samples were prepared for controlled test. The newly designed special magnetoelectric composite materials are more prone to bending strain. When the magnetic field intensity is low, the magnetoelectric voltage coefficient of the sample changes linearly with the increase of the magnetic field intensity. One of the samples has zero bias magnetic field, and the bending vibration frequency of the material is very low in the bending vibration mode, and the magnetoelectric voltage coefficient changes linearly with the increase of the magnetic field intensity when the magnetic field intensity is low. The frequency of AC magnetic field is 271. At Hz. The magnetoelectric voltage coefficient is 6.938 V / cm Oe; When the DC magnetic field is adjusted to 136 Oe. The magnetoelectric voltage coefficient of a sample can be as high as 113 V / cm Oe at a resonant frequency of 256 Hz. This provides the possibility for the application of the sample in the future magnetoelectric multifunctional materials. Finally, the mechanism of magnetoelectric effect in bending mode is discussed theoretically, and the results show that the stress is equal. The magnetoelectric response of bending mode is larger than that of tensile mode.
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：1471208