摘 要

本文主要研究退磁因子对PZT/Terfenol-D双层圆柱复合结构中磁电效应行为影响。采用Terfenol-D环状材料与大小适合的PZT压电环状材料相耦合，并在该样品外加直流偏置磁场和交流磁场，改变两个磁场的方向得出四种（双轴向、双垂直轴向、轴向切向、垂直轴向切向）工作模式，测量输出磁电电压在不同偏置磁场下随交流磁场频率的响应曲线。然后得出低频条件下，磁电电压与偏置磁场关系曲线，以及谐振频率与偏置磁场的关系。最后运用退磁因子理论分析不同工作模式下的磁电响应特征，理论与实验结果一致。

关键词：退磁因子 磁电效应 磁电转换系数 PZT Terfenol-D

Effect of demagnetization factor on magnetoelectric effect behavior in PZT/ Terfenol-D cylindrical composite structures

Abstract

This paper mainly investigates the effect of demagnetization factor on the magnetoelectric effect behavior in PZT/ Terfenol-D bi-layer cylindrical composite structure. Terfenol-D ring material was used to couple with PZT piezoelectric ring material of suitable size. Bias magnetic field and ac magnetic field were applied around the sample, and it gives four different work modes (bi-axial, bi-vertical, axial-tangential and vertical-axial tangential) when the direction of the two magnetic fields were changed. Then the frequency response of ME voltage under different bias magnetic fields was measured. The relation of ME voltage with bias magnetic field under low frequency, as well as resonance frequency with bias magnetic field, was derived. The characteristic of magnetoelectric response under different work modes was analyzed using demagnetization factor theory, in good agreement with experimental results.

Key Words: Demagnetization factor; Magnetoelectric effect; Magnetoelectric effect coefficient; PZT; Terfenol-D

目录

摘要…………………………………………………………………………I

ABSTRACT…………………………………………………………………………II

第一章 绪论…………………………………………………………………………1

1.1 研究背景……………………………………………………………………1

1.2 磁电效应……………………………………………………………………1

1.3 磁电效应的应用（磁电器件）……………………………………………3

1.4 压电效应和磁致伸缩效应…………………………………………………3

1.5 退磁因子……………………………………………………………………5

1.6 本文研究的主要内容及目的………………………………………………6

第二章 退磁因子对PZT/Terfenol-D圆柱复合结构中磁电效应行

为影响的研究…………………………………………………7

2.1引言…………………………………………………………………………7

2.2 样品制备和磁电效应表征…………………………………………………8

2.3 结果与讨论………………………………………………………………10

2.3.1 轴向和垂直轴向磁电效应………………………………………10

2.3.2 切向磁电效应……………………………………………………14

2.4结果与讨论…………………………………………………………………17

参考文献…………………………………………………………………………17

第三章 小结与展望………………………………………………………………20

3.1 小结…………………………………………………………………………20

3.2 展望…………………………………………………………………………20

致谢…………………………………………………………………………………21

绪论

1.1研究背景

磁电复合材料是一种新型的复合材料，因其具有较好的磁电性能而广受应用，这种材料的发展已经有一段历史，最初的时候，人们在某些单相材料中发现这种磁电效应，这种磁电效应是某些材料的内禀特性[2,3]，但是这些材料的磁电性能很差，根本没法用作实际应用，一段时间发展后，人们发现复合材料的磁电效应更佳，本文研究的PZT/Terfenol-D磁电复合材料目前具有较优的特性。PZT/Terfenol-D磁电复合材料由压电层与磁致伸缩层耦合而成，它因压电效应与磁致伸缩效应耦合而具有显著的磁电效应[1]。

据目前研究表明[4]，层状磁电复合材料的磁电性能受面内尺寸的影响很大，因为面内尺寸决定退磁因子的大小，而退磁因子决定退磁场的大小，所以在提高磁电效应时也应将材料形状大小考虑进去。本文以此为理论基础，改变的耦合形状，以环状耦合为条件，探究退磁因子对PZT/Terfenol-D磁电复合材料磁电效应的影响。复合材料环状耦合时，由于环形材料外环在形变时更容易带动内环形变，可以提高磁-形变与形变-电之间的耦合效率，这就是所谓的法向应力耦合。研究退磁因子对其的影响，就是研究表面尺寸对其磁电效应的影响，有利于选取最佳偏置磁场方向，未来可应用于各种精仪器的传感器中。

1.2磁电效应

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