【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,電子元器件的微型化和多功能化逐漸成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。磁電復(fù)合材料同時(shí)兼具鐵電性、鐵磁性和磁電耦合性能,在傳感器、濾波器、相位器、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器等其他電子器件領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。但單相磁電材料在室溫以上時(shí),磁電效應(yīng)十分微弱,很難應(yīng)用到實(shí)際,故現(xiàn)在的磁電材料多為磁電復(fù)合材料。磁電復(fù)合材料從結(jié)構(gòu)上主要分為顆粒復(fù)合材料和層狀復(fù)合材料,其中,層狀結(jié)構(gòu)磁電復(fù)合材料因具有其較高的磁電耦合系數(shù)而倍受關(guān)注。同時(shí),當(dāng)前的無(wú)鉛磁電復(fù)合材料多以BaTiO_3基為主,磁電耦合系數(shù)相對(duì)較低,為了進(jìn)一步增強(qiáng)磁電效應(yīng),本文從選取高性能的壓電材料入手,通過調(diào)整材料結(jié)構(gòu)和改變成型工藝來(lái)制備層狀磁電復(fù)合材料,并對(duì)其性能進(jìn)行研究,探討影響磁電復(fù)合材料磁電效應(yīng)的因素。磁電效應(yīng)是通過壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)的乘積來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此,磁電效應(yīng)不僅與壓電鐵磁兩單相的性能密不可分,同時(shí)兩相的相對(duì)含量也將直接影響復(fù)合材料的磁電耦合性能。本文主要以摻雜改性的KNN基壓電材料為壓電相,與鐵磁相(Ni,Zn)FeO_3和CoFe_2O_4進(jìn)行復(fù)合制備層狀磁電復(fù)合材料。采用X射線衍射儀(XRD)和電子掃描顯微鏡(SEM)對(duì)其物相組成及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,通過鐵電測(cè)試儀對(duì)其電學(xué)性能進(jìn)行分析,最后通過自組裝磁電測(cè)試儀研究復(fù)合材料的磁電性能,并對(duì)其進(jìn)行比較,得出層狀復(fù)合材料性能的優(yōu)越性。首先,以Li、Ta、Sb離子共摻的(K_(0.45)Na_(0.55))_(0.98)Li_(0.02)(Nb_(0.77)Ta_(0.18)Sb_(0.05))O_3(LKNNTS)為壓電相,以Ni_(0.37)Cu_(0.20)Zn_(0.43)Fe_(1.92)O_(3.88)(NCZF)為鐵磁相,壘層疊壓兩相,冷等靜壓,共燒得到LKNNTS/NCZF層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。研究表明,在高溫?zé)Y(jié)過程中,復(fù)合材料中的LKNNTS相和NCZF相在界面處沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和明顯的元素?cái)U(kuò)散。通過介電、鐵電和磁電性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn),層狀復(fù)合材料相比顆粒型復(fù)合材料具有較大的電阻率,較高的居里溫度(240oC),典型的鐵電體飽和電滯回線,較低的漏電流密度和優(yōu)異的磁電耦合系數(shù)。層狀復(fù)合材料的最大磁電耦合系數(shù)為133 m V/cm Oe,是顆粒型復(fù)合材料(34 m V/cm Oe)的4倍左右。其次,以單摻Li離子的Li_（0.058)(Na_(0.535)K_(0.48))_(0.942)NbO_3(LKNN)為壓電相,以具有高磁致伸縮效應(yīng)的Co_(0.6)Zn_(0.4)Fe_(1.7)Mn_(0.3)O_4(CZFM)為鐵磁相,向其中加入燒結(jié)助劑(LiCO_3),采用同一方法使兩相共燒在一起,得到LKNN/CZFM層狀復(fù)合材料。結(jié)果表明:LKNN和CZFM兩相可以共存且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和元素?cái)U(kuò)散,兩相層狀結(jié)構(gòu)明顯,晶粒發(fā)育良好,致密度較高,沒有明顯的缺陷和氣孔。LKNN/CZFM層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的磁電效應(yīng),最大的磁電耦合系數(shù)高達(dá)285 m V/cm Oe,相比于LKNNTS/NCZF層狀復(fù)合材料有了很大提高。為了進(jìn)一步提高層狀復(fù)合材料的磁電效應(yīng),采用流延成型的方法制備出LKNN/CZFM多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料,所得膜材呈二維薄平分布,材料缺陷相對(duì)尺寸較小,性能更一致,更穩(wěn)定。對(duì)比三層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,結(jié)果表明:多層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的電阻,降低了泄漏電流密度,擊穿場(chǎng)強(qiáng)大大增強(qiáng),鐵磁性能也有所提高,從而提高了復(fù)合材料的磁電效應(yīng)。LKNN/CZFM多層復(fù)合材料的最大磁電耦合系數(shù)為307 m V/cm Oe,相比于現(xiàn)階段同類無(wú)鉛層狀磁電復(fù)合材料,磁電耦合性能有了大幅度的提升。
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【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2468093