多重铁性复合材料的磁电性能研究

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1、摘要铁电/铁磁复合材料是一种新型的功能材料，不仅集合了铁电性和铁磁性的优点，而且具有磁电耦合效应，因此具有十分广泛的应用前景。本文采用细观力学方法研究了多重铁性材料的磁电效应，通过推广细观力学几种常用的模型，从微观结构组成分析了其宏观行为。主要考虑了存在基体二相复合材料、存在基体三相复合材料和磁电多晶材料，可为实验提供一定的指导作用。采用平均场Mori-Tanaka模型计算了存在基体的二相复合材料的有效磁电弹性模量，讨论了基体的电极化方向与掺杂相磁化方向平行与垂直的情况下，得出了掺杂相颗粒的形状变化对二相复合材料的磁电系数

2、影响非常强烈。推广了平均场Mori-Tanaka模型计算了存在基体的三相复合材料的有效磁电弹性模量，给出了稀土-铁合金/压电陶瓷/聚偏氟乙烯(Terfenol-D/PZT/PVDF)三相复合材料的磁电系数变化趋势，在PZT的电极化方向与Terfenol-D的磁化方向平行情况下，考虑了复合材料中Terfenol-D体积分数与PZT颗粒形状对磁电系数的影响，同时还讨论了PZT的电极化方向与Terfenol-D的磁化方向反平行时复合材料中的Terfenol-D体积分数对磁电系数的影响，给出了掺杂相最优的颗粒形状和体积分数，使得复

3、合材料磁电耦合最强，得出了薄片型的颗粒能使材料横向耦合最强，纤维型的颗粒能使材料纵向耦合最强。推广了自洽模型，使它应用到垂直电磁场下退火的磁电多晶材料，考虑宏观磁电多晶材料Cr2O3的磁电系数随温度、多晶颗粒的取向分布、多晶颗粒的形状系数的变化关系。经过一个系统的研究，发现对角线上的有效磁电系数不存在，非对角线上有效磁电系数出现，并且自洽模型的计算结果值高于简单近似模型，比简单近似模型更好的与观测的实验数据相吻合。而且多晶颗粒随机分布时有效磁电系数最优值是a12，并且合适的织构系数能引起非零的a13，当织构系数约为0.5时

4、，有效磁电系数a13达到最大。关键词：磁电复合材料；多晶材料；磁电耦合；Mori-Tanaka平均场模型；自洽模型IAbstractFerroelectric/Ferromagneticcompositeisanovelfunctionalmaterial,whichpossessesnotonlyferroelectricandferromagneticpropertiesbutalsomagnetoelectriccouplingeffect,sothatithasverybroadrangepotentialappl

5、ications.Inthisthesis,themagnetoelectriceffectofthemultiferroicmaterialwasstudiedbydevelopingseveralpopularmodelsofmicro-mechanics,whichcanenableustoanalyzethemacroscopicalbehaviorfromthemicro-structureofthecomposition.Wemostlyconsidermatrix-basedtwo-phasemultifer

6、roiccomposites,matrix-basedthree-phasemultiferroiccompositesandmagnetoelectricpolycrystals.Thesenumericalresultsprovideguidelinesfortheexperimentaldesignofthemultiferroicmaterial.AmeanfieldMori-Tanakamodelwasusedtocalculatetheeffectivemagnetoelectroelasticmoduliof

7、matrix-basedtwo-phasemultiferroiccomposites,emphasizingtheeffectsofparticularshapeofsecondphaseparticles.Theresultsshowastronginfluenceofshapeaspectratiosofconstituentphasesontheeffectivemagnetoelectriccoefficients,whiletheorientationisparallelandperpendicularabou

8、tthepolepolarizationofmatrixandmagnetizationofthesecondphaseparticles.AmeanfieldMori-Tanakamodelwasdevelopedtocalculatetheeffectivemagnetoelectroelastic