發(fā)布時(shí)間：2020-03-25 16:08

【摘要】：磁電效應(yīng),是指材料的電極化強(qiáng)度隨磁場(chǎng)而改變,或者材料的磁化強(qiáng)度隨電場(chǎng)而改變的物理效應(yīng)。利用材料的磁電效應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)磁信號(hào)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)化,因此可以將其用于磁場(chǎng)傳感領(lǐng)域。層狀磁電復(fù)合材料是將壓電材料和壓磁材料層疊在一起,利用磁-彈-電耦合原理實(shí)現(xiàn)磁能與電能的轉(zhuǎn)換,與單相磁電材料相比,其具有極大的磁電系數(shù)。本論文主要研究基于PMNT壓電單晶所制備的磁電復(fù)合材料及被動(dòng)式弱磁傳感器�；诖烹姀�(fù)合材料的磁電型弱磁傳感器在弱磁探測(cè)極限性能參數(shù)方面已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了與磁通門(mén)、光泵等傳統(tǒng)高性能磁傳感器相媲美,已在水下磁探測(cè)領(lǐng)域獲得了初步的應(yīng)用。論文中首先對(duì)磁電復(fù)合材料及其磁傳感器的磁電響應(yīng)、噪聲耦合進(jìn)行建模分析,從理論上探索了磁電型磁傳感器的性能優(yōu)化路徑。在磁電復(fù)合材料的研究方面,分別制備了Terfeno-D/PMNT材料體系的多層串聯(lián)結(jié)構(gòu)磁電復(fù)合材料、Metglas/PMNT材料體系的Multi-push-pull結(jié)構(gòu)磁電復(fù)合材料及Metglas/Mn-PMNT材料體系面內(nèi)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合材料。對(duì)于Multi-push-pull結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合材料,建立了介電損耗的等效電路模型,分析了壓電芯材料制備時(shí)叉指電極與單晶片之間的膠層對(duì)復(fù)合材料介電損耗的影響,從理論模型的分析結(jié)果指導(dǎo)了材料制備工藝的優(yōu)化。利用所制備的面內(nèi)多重串聯(lián)結(jié)構(gòu)磁電復(fù)合材料和專用低噪聲前置電荷放大電路制備了低頻單軸矢量型弱磁傳感器,并對(duì)其響應(yīng)率、噪聲等效磁場(chǎng)進(jìn)行了理論計(jì)算和表征,研制的磁電型弱磁傳感器的噪聲等效磁場(chǎng)低至0.4pT/Hz~(1/2)@15Hz,3pT/Hz~(1/2)@1Hz,超過(guò)了進(jìn)口的Mag-13型磁通門(mén)傳感器。針對(duì)磁電型磁傳感器諧振態(tài)下超高的探測(cè)靈敏度的應(yīng)用,設(shè)計(jì)了電感調(diào)諧的磁傳感器,可將傳感器的諧響應(yīng)在一定范圍內(nèi)調(diào)制到目標(biāo)頻率,從而拓展了磁電型磁傳感器的應(yīng)用頻段,提高了磁電型磁傳感器的弱磁探測(cè)極限。對(duì)于磁電型磁傳感器易受振動(dòng)噪聲干擾的問(wèn)題,設(shè)計(jì)出了具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合材料,有望利用差分的方法提升傳感器對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性,并提升其探測(cè)精度。
【圖文】：

VVHα = …（1.4磁電電場(chǎng)系數(shù)定義為：EEHα = …（1.5磁電電荷系數(shù)定義為：QQHα = …（1.6這三種磁電系數(shù)之間可以進(jìn)行換算，例如，，在準(zhǔn)靜態(tài)條件下：Q p V p V=α C= α C tα…（1.7與單相磁電材料相比，復(fù)相磁電材料具有更明顯的磁電效應(yīng)。下圖 1.1 為相磁電材料的原理圖。

圖 1.2 BiFeO3的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1.2 The structure schematic of BFO1.2.2 復(fù)相磁電材料正是由于單相磁電材料的性能無(wú)法達(dá)到實(shí)際需求，因此人們的研究目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)移至復(fù)合材料上來(lái)。前文也提到，基于磁-彈-電耦合的乘積效應(yīng)的兩相磁電復(fù)合材料在常溫下能夠表現(xiàn)出十分強(qiáng)烈的磁電效應(yīng)，近幾年也被廣泛研究。復(fù)相磁電材料主要分為以下幾個(gè)體系：（1）壓電陶瓷/亞鐵磁復(fù)合材料；（2）磁致伸縮/壓電兩相復(fù)合材料；（3）三相復(fù)合磁電材料；（4）由鐵電和磁性氧化物復(fù)合而成的薄膜或納米結(jié)構(gòu)磁電材料。還可以通過(guò)不同相之間的連接類(lèi)型對(duì)復(fù)相磁電材料進(jìn)行劃分。以二相納米磁電復(fù)合材料為例，如圖 1.3 所示，其可以分為 0-3，2-2，1-3 等[3]。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;TP212.13

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