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磁铁/压电双晶片复合材料磁电耦合性能的优化设计

张源 高雁军 胡诚 谭兴毅 邱达 张婷婷 朱永丹 李美亚

磁铁/压电双晶片复合材料磁电耦合性能的优化设计

张源, 高雁军, 胡诚, 谭兴毅, 邱达, 张婷婷, 朱永丹, 李美亚
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  • 本文采用弹性力学的方法,基于压电方程,给出了磁铁/压电双晶片(Bimorph)复合材料磁电耦合系数的理论表达式,并选取不同的结构参数和材料参数对其磁电耦合系数进行了数值计算. 研究表明:Bimorph存在最佳的压电层厚度,使得磁铁/Bimorph复合材料的磁电耦合系数达到最大;金属层材料和压电相材料也均会影响磁铁/Bimorph复合材料的磁电耦合系数. 该研究结果为磁铁/Bimorph复合材料的优化设计、实际应用提供了有益的理论指导.
      通信作者: 朱永丹, yongdan_zhu@whu.edu.cn;myli@whu.edu.cn ; 李美亚, yongdan_zhu@whu.edu.cn;myli@whu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号:51132001)、国家自然科学基金(批准号:11504101,11364018,51372174,J1210061)、湖北省自然科学基金(批准号:2014CFB610)和湖北省青年创新团队基金(批准号:T201429)资助的课题.
    [1]

    Nan C W, Bichurin M I, Dong S X, Viehland D, Srinivasan G 2008 J. Appl. Phys. 103 031101

    [2]

    Ma J, Hu J M, Li Z, Nan C W 2011 Adv. Mater. 23 1062

    [3]

    Dong S X, Zhai J Y, Bai F M, Li J F, Viehland D 2005 Appl. Phys. Lett. 87 062502

    [4]

    Dong S X, Zhai J Y, Xing Z P, Li J F, Viehland D 2005 Appl. Phys. Lett. 86 102901

    [5]

    Gao J, Shen L, Wang Y, Gray D, Li J F, Viehland D 2011 J. Appl. Phys. 109 074507

    [6]

    Leung C M, Or S W, Ho S L 2013 Rev. Sci. Instrum. 84 125003

    [7]

    Jia Y M, Xue A X, Zhou Z H, Wu Z, Chen J R, Ma K, Zhang Y H, Zhou J Y, Wang Y, Chan H L W 2013 Int. J. Hydrogen Energy. 38 14915

    [8]

    Yu X J, Wu T Y, Li Z 2013 Acta Phys. Sin. 62 058503 (in Chinese) [于歆杰, 吴天逸, 李臻 2013 物理学报 62 058503]

    [9]

    Fetisov Y K, Srinivasan G 2005 Electron. Lett. 41 1066

    [10]

    Tatarenko A S, Srinivasan G, Bichurin M I 2006 Appl. Phys. Lett. 88 183507

    [11]

    Lou J, Reed D, Liu M, Sun N X 2009 Appl. Phys. Lett. 94 112508

    [12]

    Li Z, Wang J, Lin Y, Nan C W 2010 Appl. Phys. Lett. 96 162505

    [13]

    Hu J M, Li Z, Chen L Q, Nan C W 2011 Nat. Commun. 2 553

    [14]

    Astrov D 1961 Sov. Phys. JETP 13 729

    [15]

    Folen V, Rado G, Stalder E 1961 Phys. Rev. Lett. 6 607

    [16]

    Wang J, Neaton J B, Zheng H, Nagarajan V, Ogale S B, Liu B, Viehland D, Vaithyanathan V, Schlom D G, Waghmare U V, Spaldin N A, Rabe K M, Wuttig M, Ramesh R 2003 Science 299 1719

    [17]

    Nan C W 1994 Phys. Rev. B: Condens. Matter 50 6082

    [18]

    Priya S, Islam R, Dong S X, Viehland D 2007 J. Electroceram. 19 149

    [19]

    Ryu J, Priya S, Carazo A V, Uchino K, Kim H E 2001 J. Am. Ceram. Soc. 84 2905

    [20]

    Ryu J, Carazo A V, Uchino K, Kim H E 2001 J. Appl. Phys. 40 4948

    [21]

    Srinivasan G 2010 Annu. Rev. Mater. Res. 40 153

    [22]

    Kirchhof C, Krantz M, Teliban I, Jahns R, Marauska S, Wagner B, Knöchel R, Gerken M, Meyners D, Quandt E 2013 Appl. Phys. Lett. 102 232905

    [23]

    Leung C M, Or S W, Ho S L, Lee K Y 2014 IEEE Sens. J. 14 4305

    [24]

    Jia Y M, Zhou D, Luo L H, Zhao X Y, Luo H S, Or S W, Chan H L W 2007 Appl. Phys. A 89 1025

    [25]

    Lu S G, Fang Z, Furman E, Wang Y, Zhang Q M, Mudryk Y, Gschneidner K A, Pecharsky V K, Nan C W 2010 Appl. Phys. Lett. 96 102902

    [26]

    Xing Z P, Li J F, Viehland D 2008 Appl. Phys. Lett. 93 013505

    [27]

    Xing Z P, Xu K, Dai G Y, Li J F, Viehland D 2011 J. Appl. Phys. 110 104510

    [28]

    Xing Z P, Xu K 2013 Sens. Actuators A 189 182

    [29]

    Liu G X, Li X T, Chen J G, Shi H D, Xiao W L, Dong S X 2012 Appl. Phys. Lett. 101 142904

    [30]

    Radchenko G S, Radchenko M G 2014 Tech. Phys. 50 1457

    [31]

    Liu G X, Ci P H, Dong S X 2014 J. Appl. Phys. 115 164104

    [32]

    Luan G D, Zhang J D, Wang R Q 2005 Piezoelectric Transducers and Arrays (Revised Edition) (Beijing: Peking Univ. Press) p93 (in Chinese) [栾桂冬, 张金铎, 王仁乾 2005 压电换能器和换能器阵 (修订版) (北京: 北京大学出版社) 第93页]

    [33]

    Zhang R, Jiang B, Jiang W H, Cao W W 2006 Appl. Phys. Lett. 89 242908

  • [1]

    Nan C W, Bichurin M I, Dong S X, Viehland D, Srinivasan G 2008 J. Appl. Phys. 103 031101

    [2]

    Ma J, Hu J M, Li Z, Nan C W 2011 Adv. Mater. 23 1062

    [3]

    Dong S X, Zhai J Y, Bai F M, Li J F, Viehland D 2005 Appl. Phys. Lett. 87 062502

    [4]

    Dong S X, Zhai J Y, Xing Z P, Li J F, Viehland D 2005 Appl. Phys. Lett. 86 102901

    [5]

    Gao J, Shen L, Wang Y, Gray D, Li J F, Viehland D 2011 J. Appl. Phys. 109 074507

    [6]

    Leung C M, Or S W, Ho S L 2013 Rev. Sci. Instrum. 84 125003

    [7]

    Jia Y M, Xue A X, Zhou Z H, Wu Z, Chen J R, Ma K, Zhang Y H, Zhou J Y, Wang Y, Chan H L W 2013 Int. J. Hydrogen Energy. 38 14915

    [8]

    Yu X J, Wu T Y, Li Z 2013 Acta Phys. Sin. 62 058503 (in Chinese) [于歆杰, 吴天逸, 李臻 2013 物理学报 62 058503]

    [9]

    Fetisov Y K, Srinivasan G 2005 Electron. Lett. 41 1066

    [10]

    Tatarenko A S, Srinivasan G, Bichurin M I 2006 Appl. Phys. Lett. 88 183507

    [11]

    Lou J, Reed D, Liu M, Sun N X 2009 Appl. Phys. Lett. 94 112508

    [12]

    Li Z, Wang J, Lin Y, Nan C W 2010 Appl. Phys. Lett. 96 162505

    [13]

    Hu J M, Li Z, Chen L Q, Nan C W 2011 Nat. Commun. 2 553

    [14]

    Astrov D 1961 Sov. Phys. JETP 13 729

    [15]

    Folen V, Rado G, Stalder E 1961 Phys. Rev. Lett. 6 607

    [16]

    Wang J, Neaton J B, Zheng H, Nagarajan V, Ogale S B, Liu B, Viehland D, Vaithyanathan V, Schlom D G, Waghmare U V, Spaldin N A, Rabe K M, Wuttig M, Ramesh R 2003 Science 299 1719

    [17]

    Nan C W 1994 Phys. Rev. B: Condens. Matter 50 6082

    [18]

    Priya S, Islam R, Dong S X, Viehland D 2007 J. Electroceram. 19 149

    [19]

    Ryu J, Priya S, Carazo A V, Uchino K, Kim H E 2001 J. Am. Ceram. Soc. 84 2905

    [20]

    Ryu J, Carazo A V, Uchino K, Kim H E 2001 J. Appl. Phys. 40 4948

    [21]

    Srinivasan G 2010 Annu. Rev. Mater. Res. 40 153

    [22]

    Kirchhof C, Krantz M, Teliban I, Jahns R, Marauska S, Wagner B, Knöchel R, Gerken M, Meyners D, Quandt E 2013 Appl. Phys. Lett. 102 232905

    [23]

    Leung C M, Or S W, Ho S L, Lee K Y 2014 IEEE Sens. J. 14 4305

    [24]

    Jia Y M, Zhou D, Luo L H, Zhao X Y, Luo H S, Or S W, Chan H L W 2007 Appl. Phys. A 89 1025

    [25]

    Lu S G, Fang Z, Furman E, Wang Y, Zhang Q M, Mudryk Y, Gschneidner K A, Pecharsky V K, Nan C W 2010 Appl. Phys. Lett. 96 102902

    [26]

    Xing Z P, Li J F, Viehland D 2008 Appl. Phys. Lett. 93 013505

    [27]

    Xing Z P, Xu K, Dai G Y, Li J F, Viehland D 2011 J. Appl. Phys. 110 104510

    [28]

    Xing Z P, Xu K 2013 Sens. Actuators A 189 182

    [29]

    Liu G X, Li X T, Chen J G, Shi H D, Xiao W L, Dong S X 2012 Appl. Phys. Lett. 101 142904

    [30]

    Radchenko G S, Radchenko M G 2014 Tech. Phys. 50 1457

    [31]

    Liu G X, Ci P H, Dong S X 2014 J. Appl. Phys. 115 164104

    [32]

    Luan G D, Zhang J D, Wang R Q 2005 Piezoelectric Transducers and Arrays (Revised Edition) (Beijing: Peking Univ. Press) p93 (in Chinese) [栾桂冬, 张金铎, 王仁乾 2005 压电换能器和换能器阵 (修订版) (北京: 北京大学出版社) 第93页]

    [33]

    Zhang R, Jiang B, Jiang W H, Cao W W 2006 Appl. Phys. Lett. 89 242908

  • [1] 李永超, 周航, 潘丹峰, 张浩, 万建国. Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜的交换偏置效应及其磁电耦合特性. 物理学报, 2015, 64(9): 097701. doi: 10.7498/aps.64.097701
    [2] 周剑平, 施 展, 何泓材, 南策文, 刘 刚. 铁电/铁磁1-3型结构复合材料磁电性能分析. 物理学报, 2006, 55(7): 3766-3771. doi: 10.7498/aps.55.3766
    [3] 施 展, 南策文. 铁电/铁磁三相颗粒复合材料的磁电性能计算. 物理学报, 2004, 53(8): 2766-2770. doi: 10.7498/aps.53.2766
    [4] 唐炜, 王小璞, 曹景军. 非线性磁式压电振动能量采集系统建模与分析. 物理学报, 2014, 63(24): 240504. doi: 10.7498/aps.63.240504
    [5] 俞斌, 胡忠强, 程宇心, 彭斌, 周子尧, 刘明. 多铁性磁电器件研究进展. 物理学报, 2018, 67(15): 157507. doi: 10.7498/aps.67.20180857
    [6] 霍雁, 张存林. 碳纤维复合材料内部缺陷深度的定量红外检测. 物理学报, 2012, 61(14): 144204. doi: 10.7498/aps.61.144204
    [7] 李振武. 纳米CdS/碳纳米管复合材料的光电特性. 物理学报, 2012, 61(1): 016103. doi: 10.7498/aps.61.016103
    [8] 杨金, 周茂秀, 徐太龙, 代月花, 汪家余, 罗京, 许会芳, 蒋先伟, 陈军宁. 阻变存储器复合材料界面及电极性质研究. 物理学报, 2013, 62(24): 248501. doi: 10.7498/aps.62.248501
    [9] 周丽梅, 李炜, 蒋俊, 陈建敏, 李勇, 许高杰. β-Zn4Sb3/Zn1-δAlδO复合材料的制备及热电性能研究. 物理学报, 2011, 60(6): 067201. doi: 10.7498/aps.60.067201
    [10] 黄小珠, 马琳璞, 孙建平, 翁家宝. 聚(2,5-二丁氧基)对苯乙炔/多壁碳纳米管复合材料的制备和性能研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6523-6529. doi: 10.7498/aps.58.6523
    [11] 李振武. 单壁碳纳米管膜及其三聚氰胺甲醛树脂复合材料的光电特性. 物理学报, 2014, 63(10): 106101. doi: 10.7498/aps.63.106101
    [12] 黄浩, 张侃, 吴明, 李虎, 王敏涓, 张书铭, 陈建宏, 文懋. SiC纤维增强Ti17合金复合材料轴向残余应力的拉曼光谱和X射线衍射法对比研究. 物理学报, 2018, 67(19): 197203. doi: 10.7498/aps.67.20181157
    [13] 屈俊荣, 郑建邦, 王春锋, 吴广荣, 王雪艳. 碳纳米管掺杂对聚合物聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔-PbSe量子点复合材料性能的影响. 物理学报, 2013, 62(12): 128801. doi: 10.7498/aps.62.128801
    [14] 屈俊荣, 郑建邦, 王春锋, 吴广荣, 郝娟. 聚对苯乙炔MOPPV/ZnSe量子点复合材料太阳电池性能研究. 物理学报, 2013, 62(7): 078802. doi: 10.7498/aps.62.078802
    [15] 刘贵立, 郭玉福, 李荣德. ZA27/CNT界面特性电子理论研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4075-4078. doi: 10.7498/aps.56.4075
    [16] 刘贵立, 杨忠华, 方戈亮. 镁/镀镍碳纳米管界面特性电子理论研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3364-3369. doi: 10.7498/aps.58.3364
    [17] 杨斌鑫, 欧阳洁, 栗雪娟. 复杂型腔充模中纤维取向的动态模拟. 物理学报, 2012, 61(4): 044701. doi: 10.7498/aps.61.044701
    [18] 周勇, 李纯健, 潘昱融. 磁致伸缩/压电层叠复合材料磁电效应分析. 物理学报, 2018, 67(7): 077702. doi: 10.7498/aps.67.20172307
    [19] 卞雷祥, 文玉梅, 李平. 磁致伸缩/压电叠层复合材料磁-机-电耦合系数分析. 物理学报, 2009, 58(6): 4205-4213. doi: 10.7498/aps.58.4205
    [20] 万 红, 刘希从, 谢立强, 吴学忠. TbDyFe/PZT层状复合材料的磁电效应研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3872-3877. doi: 10.7498/aps.54.3872
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-06
  • 修回日期:  2016-06-12
  • 刊出日期:  2016-08-05

磁铁/压电双晶片复合材料磁电耦合性能的优化设计

    基金项目: 

    国家自然科学基金重点项目(批准号:51132001)、国家自然科学基金(批准号:11504101,11364018,51372174,J1210061)、湖北省自然科学基金(批准号:2014CFB610)和湖北省青年创新团队基金(批准号:T201429)资助的课题.

摘要: 本文采用弹性力学的方法,基于压电方程,给出了磁铁/压电双晶片(Bimorph)复合材料磁电耦合系数的理论表达式,并选取不同的结构参数和材料参数对其磁电耦合系数进行了数值计算. 研究表明:Bimorph存在最佳的压电层厚度,使得磁铁/Bimorph复合材料的磁电耦合系数达到最大;金属层材料和压电相材料也均会影响磁铁/Bimorph复合材料的磁电耦合系数. 该研究结果为磁铁/Bimorph复合材料的优化设计、实际应用提供了有益的理论指导.

English Abstract

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