[發(fā)明專(zhuān)利]一種永磁-壓電型磁電復(fù)合材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710659875.6
• 申請(qǐng)日: 2017-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107482112B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李衛(wèi);左志軍;朱明剛;董生智;方以坤;馮海波;周鳴鴿;靖征
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類(lèi)號(hào): H01L41/18
• 分類(lèi)號(hào): H01L41/18;H01L41/187;H01L41/193
• 代理公司: 北京中安信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11248
• 代理人: 李彬;張小娟

本發(fā)明涉及一種永磁?壓電型磁電復(fù)合材料，屬于多鐵性磁電材料技術(shù)領(lǐng)域。該磁電復(fù)合材料包括壓電材料(1)和永磁材料；壓電材料(1)為已極化的片狀或條狀結(jié)構(gòu)，其相對(duì)表面分別附有金屬電極(2)，構(gòu)成電極面；至少一個(gè)永磁材料固接在壓電材料1的電極面上。本發(fā)明提出的永磁?壓電型磁電復(fù)合材料為磁場(chǎng)傳感器、電流傳感器、能量轉(zhuǎn)換采集器件的小型化、集成化、大批量生產(chǎn)提供了新的選擇，應(yīng)用前景十分廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種永磁-壓電型磁電復(fù)合材料，屬于多鐵性磁電材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁電效應(yīng)是指材料在外加磁場(chǎng)中電極化強(qiáng)度發(fā)生改變，或在外加電場(chǎng)中磁化強(qiáng)度發(fā)生改變的現(xiàn)象。單相磁電材料的磁電轉(zhuǎn)化系數(shù)都較低，并且只有在較低溫度下才能被觀察到，且制備條件苛刻，大大制約了單相磁電材料的應(yīng)用。而磁電復(fù)合材料在室溫下即表現(xiàn)較高的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)，且具有較高的設(shè)計(jì)靈活性，因而成為了本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)磁電復(fù)合材料由鐵電性材料與鐵磁性材料通過(guò)各種方式復(fù)合而成。磁電復(fù)合材料的磁電效應(yīng)是鐵電性與鐵磁性耦合而產(chǎn)生的乘積效應(yīng)，可描述為：當(dāng)磁電復(fù)合材料處于外加磁場(chǎng)中，其中的磁致伸縮相發(fā)生形變，通過(guò)與壓電相的接觸界面將應(yīng)力作用于壓電相上，壓電相產(chǎn)生束縛電荷，對(duì)外表現(xiàn)為壓電電壓，即磁致電效應(yīng)。相應(yīng)的，磁電復(fù)合材料處于外加電場(chǎng)中時(shí)，由于逆壓電效應(yīng)壓電材料發(fā)生形變，產(chǎn)生的應(yīng)力作用于磁致伸縮相上，使其磁化狀態(tài)發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)電能到磁能的轉(zhuǎn)換。

通過(guò)前人的努力研究，磁電復(fù)合材料的性能不斷得到提高，但該類(lèi)材料還存在一些缺點(diǎn)。例如，傳統(tǒng)磁電復(fù)合材料通過(guò)界面將磁致伸縮形變傳遞給壓電材料從而產(chǎn)生磁電性能，無(wú)論是粘結(jié)界面還是電鍍、化學(xué)鍍界面均存在界面老化失效的問(wèn)題。為提升磁電復(fù)合材料的性能選用具有巨磁致伸縮性能的Terfenol-D作為壓磁材料大大提升了材料成本，并且需要在一定的直流偏置磁場(chǎng)下工作，加大了器件的復(fù)雜程度。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)CN104949694A和CN104347794A等提出了壓電材料與永磁材料組成的磁電復(fù)合材料，利用外部磁場(chǎng)對(duì)永磁體的磁扭力獲得壓電輸出，解決了部分問(wèn)題，但外部磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁扭力有至關(guān)重要的影響，因此檢測(cè)弱磁場(chǎng)的能力有限。此外，磁電復(fù)合材料需要工作在較寬頻率的范圍內(nèi)，渦流損耗難以避免，這也是磁電復(fù)合材料所面臨的問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種永磁-壓電型磁電復(fù)合材料，該材料無(wú)需附加直流偏置磁場(chǎng)即可產(chǎn)生巨磁電效應(yīng)，它利用了磁電復(fù)合材料應(yīng)用過(guò)程中難以避免的渦流效應(yīng)，提高了材料的能量轉(zhuǎn)換效率。該復(fù)合材料性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低，并且降低了對(duì)界面?zhèn)鬟f應(yīng)力的依賴(lài)，避免了界面老化失效問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種永磁-壓電型磁電復(fù)合材料，該磁電復(fù)合材料包括壓電材料1和永磁材料；

壓電材料1為已極化的片狀或條狀結(jié)構(gòu)，其兩個(gè)相對(duì)表面分別附有金屬電極2，構(gòu)成電極面；

至少一個(gè)永磁材料固接在壓電材料1的電極面上。

永磁材料通過(guò)粘接方式或機(jī)械連接方式與壓電材料1的電極面固接。

所述永磁材料的充磁方向M位于壓電材料1的電極面的法向與長(zhǎng)度方向確定的平面內(nèi)。

所述永磁材料固接在壓電材料1端部的電極面上。

多個(gè)永磁材料陣列分布在壓電材料1上表面的電極面上和/或下表面的電極面上。

兩個(gè)永磁材料在壓電材料1端部的上表面的電極面上和/或下表面的電極面上成左右對(duì)稱(chēng)分布，或上下對(duì)稱(chēng)分布，或中心對(duì)稱(chēng)分布。

四個(gè)永磁材料分別固接在壓電材料1上表面的電極面上的左右兩端和下表面的電極面上的左右兩端。

所述壓電材料1選自壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物中的一種或幾種。