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Ni/PZT层状磁电复合材料的制备与性能研究

作　者: 吴玮
导　师: 王寅岗
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料学
关键词: 层状磁电复合材料 化学镀 镀液温度 退火温度 三层圆环结构 双层圆环结构
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


层状磁电复合材料通常由压电材料与磁致伸缩材料按一定方式叠合而成,其磁电性能优于单相磁电材料和颗粒磁电复合材料,其制备方法有粘接、电镀等,但不可避免的粘接层或电极层会减弱两相耦合,影响磁电性能。本文在PZT陶瓷表面化学镀Ni制备层状磁电复合材料,消除两相中间层,实现两相直接耦合。本文首先研究了镀液温度对Ni/PZT/Ni平板层状磁电复合材料磁电性能的影响。结果表明,较高镀液温度有利于镀层晶粒细化,改善磁致伸缩相性能,提高压磁系数,优化相应层状磁电复合材料的磁电性能,当镀液温度为365.5 K时,最大磁电电压系数为αE,31 = 1.72 V·cm-1·Oe-1;同时Ni沉积速率也随镀液温度升高而增大。另外,较低退火温度下,Ni层晶粒较小,相应磁电性能相对较为优异,也说明磁致伸缩相晶粒尺寸是影响层状磁电复合材料磁电性能的关键因素。本文还研究了Ni/PZT/Ni和Ni/PZT圆环层状磁电复合材料的磁电性能。结果表明,磁致伸缩相-压电相层厚比越大,Ni/PZT/Ni圆环层状磁电复合材料的磁电电压系数和共振频率越高,相比相同层厚比的平板结构,由于d33压电模式的介入,圆环结构磁电性能显著提高,最大磁电电压系数为αE,V = 3.26 V·cm-1·Oe-1。与相同层厚比的三层结构相比,双层圆环磁电复合材料PZT层所受应力较大,轴向、垂直模式下的磁电电压系数均较高;另外,高偏置磁场下,由于电磁感应,轴向磁电电压系数随磁场线性增大。化学镀是一种制备层状磁电复合材料的优异方法,实现两相直接耦合,能在各种形状构件表面施镀,为磁电器件的设计和应用提供了一定参考。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-35
  1.1 磁电材料简介  12-18
    1.1.1 磁电效应及其产生机理  12
    1.1.2 单相磁电材料  12-13
    1.1.3 磁电复合材料  13-17
    1.1.4 磁电材料的应用  17-18
  1.2 磁电复合材料的研究现状  18-33
    1.2.1 陶瓷基磁电复合材料  18-23
    1.2.2 稀土合金/压电陶瓷磁电复合材料  23-26
    1.2.3 过渡金属/压电陶瓷磁电复合材料  26-29
    1.2.4 三相磁电复合材料  29-33
  1.3 本论文研究内容  33-35
第二章 层状磁电复合材料的化学镀法制备与表征  35-43
  2.1 制备工艺  35-40
    2.1.1 化学镀简介  35-36
    2.1.2 实验原料及制样设备  36-37
    2.1.3 化学镀工艺过程  37-40
  2.2 样品表征  40-43
    2.2.1 X 射线衍射分析（XRD）  40-41
    2.2.2 扫描电子显微镜分析（SEM）  41
    2.2.3 透射电子显微镜分析（TEM）  41
    2.2.4 磁致伸缩性能分析  41
    2.2.5 软磁性能分析（VSM）  41
    2.2.6 磁电性能分析  41-43
第三章 镀液温度及退火温度对Ni/PZT/Ni 平板层状磁电复合材料磁电性能的影响  43-56
  3.1 镀液温度对镀层组织与性能的影响  45-50
    3.1.1 镀液温度对镀速的影响  45-46
    3.1.2 镀液温度对晶粒尺寸的影响  46-47
    3.1.3 镀液温度对磁致伸缩性能的影响  47-49
    3.1.4 镀液温度对软磁性能的影响  49-50
  3.2 镀液温度对磁电性能的影响  50-52
  3.3 退火温度对磁电性能的影响  52-55
  3.4 本章小结  55-56
第四章 Ni/PZT/Ni 和Ni/PZT 圆环层状磁电复合材料  56-67
  4.1 层厚比对Ni/PZT/Ni 圆环层状磁电复合材料磁电性能的影响  56-62
    4.1.1 层厚比对磁电电压系数的影响  56-59
    4.1.2 层厚比对共振频率的影响  59-62
  4.2 Ni/PZT 圆环层状磁电复合材料  62-66
    4.2.1 轴向模式  62-63
    4.2.2 垂直模式  63-64
    4.2.3 磁电电压系数的频率特性  64-65
    4.2.4 共振状态下磁电电压系数随偏置磁场变化曲线  65-66
  4.3 本章小结  66-67
第五章 结论  67-68
参考文献  68-75
致谢  75-76
在学期间的研究成果及发表的学术论文  76

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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