对称磁电层合板磁电转换效应理论研究

《对称磁电层合板磁电转换效应理论研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第1"卷第&期’$$1年&月物理学报H<8*1"，,<*&，X6B@;，’$$1#$$$4&’($0’$$101（"$&）0#"’M4$1+C2+NV.-WC+-W,WC+#’$$1C;7:*N;QL*-<@*"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""对称磁电层合板磁电转换效应理论研究!!万红沈仁发吴学忠（国防科学技术大学航天与材料工程学院，长沙"#$$%&）（’$$"年%月(日收到；’$$"年)月#(日收到修改稿）磁致伸缩和压电层合材料通过磁致伸缩和压电效应的乘积可以获得大的磁电效应*通过材料的力学本构

2、方程，建立了对称磁电层合板磁电耦合的静态力学模型；采用+,-.-)/$多物理场有限元分析软件，对层合结构的磁电转化效应进行了数值计算，并与理论计算值进行了对比*研究结果表明：磁致伸缩0压电的厚度比增加使磁电电压系数增大；所推导的磁电电压系数公式的计算值与等效电路模型推导的公式计算值符合很好；有限元数值计算结果介于两种模型的计算结果之间*关键词：磁电效应，层合板，本构方程，有限元分析!"##：%1)$，%’)$2出了,FD4NO2（镍铁氧体4锆钛酸铅压电陶瓷）磁电#/引言复合材料，其双层膜复合结构的磁电电压系数达到1%15H0+，多层膜复合结构的磁电电压系数达到［%］磁电效应是指材料在外磁

3、场!!的作用下产生#/)%H0+*PQI及其合作者在两层2RSQFG’合金之电极化!"的现象，或材料在外电场作用下产生诱间夹一层NTO2压电材料，然后层与层之间通过粘导磁化的现象，即!!A!!"，其中!称为磁电系数*接剂粘接在一起获得层状磁电材料，并且实验发现，若定义!3A"#0!"为磁电电压系数，则!A"$"B!3利用这种层状复合方法制备出的磁电材料其磁电电（"$为真空介电常数，"B为相对介电常数）*!和!3压系数远高于混相法制备出来的磁电材料，其室温为表征磁电转化效应大小的重要物理量*下的磁电电压系数最大值达到1/)1H0+*层状磁电具有磁电效应的材料可以分成两类：单相材料复合材料的

4、主要特点是材料结构和制备方法简单，和复合材料*#(世纪末居里首先在单相材料中发现而且磁电效应大*［#］了磁电效应，后来人们发现了多种具有有序亚结由于影响复合材料磁电转化的因素很多，如各构的单相磁电材料（如CB’D&，E7FGD&等），其磁电效组元的性能、体积分数及界面耦合状态，因此，需要应源于材料内有序的磁结构与铁电亚晶格间的局部通过建立一定的物理模型及数值计算方法，对磁电［’］效应的变化规律进行研究，以对磁电复合材料的性交互作用*但单相材料的磁电电压系数较小，在#/’1—’15H0+范围，并且它们的居里温度大都远低能及结构进行优化设计*层状磁电复合材料磁电效［)，(］于室温，这使得用单

5、相磁电材料制造应用器件变得应的主要分析方法包括弹性力学方法、UBGG:函［&］［#$］［##］非常困难*-I@;G?G8G:G最先提出通过复合材料的乘数方法及等效电路方法*这些方法分别对磁电积效应获得磁电效应，即通过压磁相和压电相的复系数的数学解析式进行了推导，但由于假设条件及合或磁致伸缩和压电相的复合获得磁电效应：磁电磁电转换模型的不同，这些磁电系数表达式具有不A磁0机械J机械0电*磁电复合材料主要有两种结同的适用范围*本文采用弹性力学模型和有限元数［"］构：一是颗粒混合结构，一是层合结构*实验研究值分析方法，对对称层合结构的&—#方向的磁电转［1］表明，层状复合材料的磁电效应远大于混

6、相复合换规律进行分析，并通过对比分析，确定模型的适用［M］材料*-B7:7K6L6:等人利用薄膜层状复合技术制备范围，为磁电材料应用于传感器件、优化结构设计打!国家自然科学基金（批准号：1$&%1#1"）资助的课题/!通讯联系人*345678：96::;<:=>;

7、#&*"，#"*+，#’*"，其中!"#"理论模型#&，#"，#’为三个方向的热膨胀系数；当磁致伸缩材磁电复合材料由压电和压磁（或磁致伸缩）两相料在平行于&方向磁场%作用下，磁性薄膜所产生组成!对于压电材料，其本构方程为的应变量为’&&*%，’&"*%，’&’*%，其中’$2!(!!$"!#"#%$%!#%，2%，称为磁致伸缩材料的压磁系数!若磁致伸缩材（&）$%$$%!"!%!%&#&!料为弹性各向同性，则有’&&$3"’&"$3