[發明專利]一種可控多諧振頻率的磁電復合材料結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201210549404.7
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103022340A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 周濟;畢科
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L43/00
• 分類號: H01L43/00;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明特別涉及一種可控多諧振頻率的磁電復合材料結構及其制備方法，屬于多鐵性磁電材料技術領域。

背景技術

隨著科技的高速發展與各學科間的交叉滲透，一種單一性能的材料很難滿足各種高要求的綜合指標，多種材料復合而成具有特殊性能的超材料研究成為材料科學與工程領域的研究熱點。磁電材料尤其是磁電復合材料在傳感器、磁場探測、磁電能量轉換、智能濾波器、磁記錄等領域中有著十分誘人的應用前景，已成為一種非常重要的功能復合材料，引起了材料科學與工程技術工作者的高度重視。近年來發展起來的層狀磁電復合材料解決了滲流和傳導的問題，甚至消除了中間層對兩相耦合的影響，并且將磁電材料的磁電電壓系數從幾十mV·cm^-1·Oe^-1提高到幾百V·cm^-1·Oe^-1，實現了磁電材料的一次飛躍。

磁電復合材料的磁電耦合是一種磁-力-電的轉換效應。在交變磁場作用下，磁電復合材料中的磁致伸縮相產生動態應變，通過力的傳遞來驅動壓電相產生受迫振動。在某一特定的交變磁場的頻率下，磁電復合材料必然產生諧振現象，此時的交變磁場頻率稱為諧振頻率。在諧振頻率下，磁電復合材料往往得到比較大的磁電電壓系數。目前，在交變磁場頻率1?kHz~150?kHz范圍內，大多數磁電復合材料的磁電電壓系數與頻率的關系圖中只出現一個或者兩個諧振峰（即一個或者兩個諧振頻率），而且每個諧振頻率并不能單獨調節。因此，在一定范圍內，實現多諧振頻率且諧振頻率可調控對于磁電復合材料的傳感器應用具有重大的現實意義。

發明內容

針對現有技術不足，本發明的目的在于提出一種可控多諧振頻率的磁電復合材料結構及其制備方法。

一種可控多諧振頻率的磁電復合材料結構，該結構由不同直徑的具有同心圓結構的圓環層狀磁電復合材料組成，不同直徑的圓環層狀磁電復合材料之間有圓環狀間隙；所述圓環層狀磁電復合材料由圓環狀壓電材料和圓環狀磁致伸縮材料組成，圓環狀壓電材料內側和外側分別與一層圓環狀磁致伸縮材料相連；所述不同直徑的圓環層狀磁電復合材料通過導線相連，形成串聯或并聯結構。

所述圓環狀壓電材料為Pb(Zr_1-xTi_x)O₃（PZT，其中x=0~1）、Pb(Mg_yNb_1-y)O₃-PbTiO₃（PMN-PT，其中y=0~1）或BaTiO₃材料。

所述圓環狀磁致伸縮材料為Ni金屬、CoFe合金或NiFe合金材料。

一種可控多諧振頻率的磁電復合材料結構的制備方法，其具體步驟如下：

（1）利用鍍膜工藝在不同直徑的圓環狀壓電材料的內外表面分別沉積一層圓環狀磁致伸縮材料，制備出多個具有同心圓結構的圓環層狀磁電復合材料；

（2）從多個圓環層狀磁電復合材料的正負電極引出導線后串聯或并聯，形成多個圓環層狀磁電復合材料的串聯或并聯結構。

所述鍍膜工藝為電鍍或化學鍍工藝。

所述圓環狀壓電材料為Pb(Zr_1-xTi_x)O₃（PZT，其中x=0~1）、Pb(Mg_yNb_1-y)O₃-PbTiO₃（PMN-PT，其中y=0~1）或BaTiO₃材料。

所述圓環狀磁致伸縮材料為Ni金屬、CoFe合金或NiFe合金材料。

本發明的有益效果為：

本發明的磁電復合材料組元為圓環層狀磁電復合材料。在一定范圍內，直徑不同的圓環層磁電復合材料具有不同的單個諧振頻率及諧振峰值，而且其諧振頻率的大小可以通過經驗公式計算預測。將多個不同直徑的圓環層狀磁電復合材料進行串聯或并聯，形成圓環層狀磁電復合材料的串聯或并聯結構。在一定范圍內，本結構可實現多諧振頻率及諧振峰，而且每個諧振頻率的大小都可以通過改變相對應的圓環層狀磁電復合材料的直徑來調控。本發明的結構設計不僅可以為磁電復合材料器件的多頻率操作提供了可能，而且，由于圓環的結構特性，直徑不同的圓環可以環環相扣，不會造成結構體積的增大，便于磁電器件的制備。

附圖說明

圖1為本發明圓環層狀磁電復合材料的串聯和并聯結構的示意圖，其中圖1a為串聯結構，圖1b為并聯結構；