專利名稱：一種磁電復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巨磁電效應(yīng)的磁電復(fù)合材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種負(fù)磁致伸縮材料/壓電材料/正磁致伸縮材料三層圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
磁電復(fù)合材料是將鐵電相與鐵磁相經(jīng)一定的方法復(fù)合形成的一種新型功能材料，不僅具有前者的壓電效應(yīng)和后者的磁致伸縮效應(yīng)，而且還能產(chǎn)生出新的磁電轉(zhuǎn)換效應(yīng)。磁電復(fù)合材料在傳感器、磁場探測、磁電能量轉(zhuǎn)換、智能濾波器、磁記錄等方面潛在著巨大的應(yīng)用前景。近年來發(fā)展起來的層狀磁電材料消除了組分間的化學(xué)相互作用，解決了滲流和 傳導(dǎo)的問題，并且將傳統(tǒng)方法制備的磁電材料的磁電電壓系數(shù)從原來的mV/(CmX0e)量級提高到V/(cmXOe)，實(shí)現(xiàn)了磁電材料的一次飛躍。層狀磁電復(fù)合材料磁電耦合效應(yīng)的大小既取決于鐵電相和鐵磁相中的壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)，又受材料的微結(jié)構(gòu)、兩相材料間應(yīng)力及界面結(jié)構(gòu)的影響。在專利號為200910234396. 5的《制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法》中，闡述了一種將壓電層和磁致伸縮層直接耦合的制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法，消除了中間層，增加了鐵電相和鐵磁相之間的彈性結(jié)合力，有效地提高了復(fù)合材料的磁電耦合性能。該方法設(shè)備簡單，可以加工幾乎所有幾何外形的工件，適用于制備特殊結(jié)構(gòu)的層狀磁電復(fù)合材料。最近發(fā)展起來的負(fù)磁致伸縮/壓電/負(fù)磁致伸縮圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料由于結(jié)構(gòu)特殊，壓電層除受到周長方向的磁致伸縮產(chǎn)生的剪切應(yīng)力外，還受到自束縛徑向的伸縮產(chǎn)生的正應(yīng)力，其磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)有了一定提高。然而在這種復(fù)合結(jié)構(gòu)中，壓電層受到外側(cè)負(fù)磁致伸縮材料收縮時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力和內(nèi)側(cè)負(fù)磁致伸縮材料收縮時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力。這兩種應(yīng)力存在一部分抵消，從而減弱了磁致伸縮層對壓電層的應(yīng)力傳遞，不能顯著提高磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)提供了一種磁電復(fù)合材料及其制備方法。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種磁電復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是由徑向極化的圓環(huán)狀壓電材料、負(fù)磁致伸縮層和正磁致伸縮層復(fù)合而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述復(fù)合結(jié)構(gòu)依次為外側(cè)負(fù)磁致伸縮材料、徑向極化的圓環(huán)狀壓電材料、內(nèi)側(cè)正磁致伸縮材料。所述正磁致伸縮材料為可以用化學(xué)鍍方法制備的材料，如Co、FeCo或FeCoNi ;所述負(fù)磁致伸縮材料為可以化學(xué)鍍方法制備的材料，如Ni ;所述壓電材料是具有壓電效應(yīng)的陶瓷或者壓電陶瓷與聚合物形成的復(fù)合壓電材料。一種制備所述的磁電復(fù)合材料的方法，包含以下步驟
a、將壓電材料制備成所需尺寸的圓環(huán)，并進(jìn)行化學(xué)鍍所需的金屬化處理后，放入配置好的化學(xué)鍍液中進(jìn)行正磁致伸縮材料的沉積；b、將步驟a得到的壓電材料外側(cè)的正磁致伸縮層打磨去除，用防水耐熱型硅橡膠將圓環(huán)的內(nèi)側(cè)封死，對外側(cè)進(jìn)行金屬化處理；
C、使用化學(xué)鍍的方法在壓電材料外表面進(jìn)行負(fù)磁致伸縮層沉積，在除去硅橡膠進(jìn)行極化處理后即得到磁電復(fù)合材料。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案具有以下技術(shù)效果
本發(fā)明所涉及的三層圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料，利用不同位置正負(fù)磁致伸縮的材料對圓環(huán) 狀壓電材料的共同擠壓作用，即通過外側(cè)負(fù)磁致伸縮材料對壓電材料向內(nèi)的擠壓和內(nèi)側(cè)正磁致伸縮材料對壓電材料的向外擠壓的共同作用。與同類型的單獨(dú)正磁致伸縮材料組成圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料或單獨(dú)負(fù)磁致伸縮材料組成的圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料相比，增大了層間的力傳遞從而具有更大的磁電效應(yīng)。
圖I為本發(fā)明磁電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.負(fù)磁致伸縮材料；2.壓電材料；3.正磁致伸縮材料。圖2為IkHz下，實(shí)施例所制備的Ni/PZT/Ni圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)
E,V與偏置磁場的關(guān)系。圖3為"DC=1400e下，實(shí)施例所制備的Ni/PZT/Ni圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)〃^與頻率的關(guān)系。圖4為IkHz下，實(shí)施例所制備的FeCo/PZT/FeCo圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料的磁電電壓
系數(shù)〃E，V與偏置磁場的關(guān)系。圖5為"De=1500e下，實(shí)施例所制備的FeCo/PZT/FeCo圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)〃^與頻率的關(guān)系。圖6為IkHz下，實(shí)施例所制備的Ni/PZT/FeCo圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料的磁電電壓系
數(shù)^ E，v與偏置磁場的關(guān)系。圖7為"De=2300e下，實(shí)施例所制備的Ni/PZT/FeCo圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)〃^與頻率的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例I
將PZT切成尺寸為f25mmXf23mmX5mm的圓環(huán)狀樣品，在酒精和丙酮混合溶液中超聲清洗10分鐘后進(jìn)行金屬化處理。首先將樣品放入0. 08M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化10分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0. 001M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化10分鐘，取出后蒸懼水沖洗；最后將樣品直入0. 2M的次憐酸納溶液中還原30-60秒,蒸懼水沖洗后即完成PZT金屬化處理。將PZT放入配置好的化學(xué)鍍鍍液中進(jìn)行正磁致伸縮材料FeCo的化學(xué)鍍。首先，稱量好化學(xué)鍍FeCo鍍液配方所需試劑量的藥品，分別溶解后混合，用NaOH溶液調(diào)整pH值到9，再用蒸餾水稀釋至規(guī)定體積；然后，用水浴鍋加熱至75°C，并將樣品放入化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍FeCo鍍液配方及工藝條件如表I所示?；瘜W(xué)鍍時(shí)間為12小時(shí)。
表I實(shí)施例的化學(xué)鍍FeCo鍍液配方及化學(xué)鍍工藝條件
權(quán)利要求
1.ー種磁電復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料是由徑向極化的圓環(huán)狀壓電材料、負(fù)磁致伸縮層和正磁致伸縮層復(fù)合而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁電復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合結(jié)構(gòu)依次為外側(cè)負(fù)磁致伸縮材料、徑向極化的圓環(huán)狀壓電材料和內(nèi)側(cè)正磁致伸縮材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁電復(fù)合材料，其特征在于所述正磁致伸縮材料為Co、FeCo或FeCoNi ;所述負(fù)磁致伸縮材料為Ni ;所述壓電材料是具有壓電效應(yīng)的陶瓷或者壓電陶瓷與聚合物形成的復(fù)合壓電材料。
4.ー種制備權(quán)利要求I所述的磁電復(fù)合材料的方法，其特征在于包含以下步驟 a、將壓電材料制備成所需尺寸的圓環(huán)，并進(jìn)行化學(xué)鍍所需的金屬化處理后，放入配置好的化學(xué)鍍液中進(jìn)行正磁致伸縮材料的沉積； b、將步驟a得到的壓電材料外側(cè)的正磁致伸縮層打磨去除，用防水耐熱型硅橡膠將圓環(huán)的內(nèi)側(cè)封死，對外側(cè)進(jìn)行金屬化處理； C、使用化學(xué)鍍的方法在壓電材料外表面進(jìn)行負(fù)磁致伸縮層沉積，在除去硅橡膠進(jìn)行極化處理后即得到磁電復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁電復(fù)合材料及其制備方法，所述復(fù)合材料是由徑向極化的圓環(huán)狀壓電材料、負(fù)磁致伸縮層和正磁致伸縮層復(fù)合而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。制備方法是首先對圓環(huán)狀壓電材料進(jìn)行正磁致伸縮層的沉積，然后使用金相砂紙將壓電材料外側(cè)的正磁致伸縮層打磨去除，用防水耐熱型硅橡膠將圓環(huán)的內(nèi)側(cè)封死，對外表面進(jìn)行負(fù)磁致伸縮層沉積，在除去硅橡膠后進(jìn)行極化處理即得到磁電復(fù)合材料。本發(fā)明利用不同位置正負(fù)磁致伸縮的材料對圓環(huán)狀壓電材料的共同擠壓作用，與同類型的單獨(dú)正磁致伸縮材料組成圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料或單獨(dú)負(fù)磁致伸縮材料組成的圓環(huán)狀磁電復(fù)合材料相比，增大了層間的力傳遞從而具有更大的磁電效應(yīng)。
文檔編號H01L41/16GK102637819SQ20121013477
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者畢科, 洪賀, 王寅崗 申請人:南京航空航天大學(xué)