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纵向极化与磁化叠层复合材料磁电效应理论及计算

鲍丙豪 骆英

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纵向极化与磁化叠层复合材料磁电效应理论及计算

鲍丙豪, 骆英

Theory and calculation of magnetoelectric effect in longitudinally polarized and magnetized laminate materials

Luo Ying, Bao Bing-Hao
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  • 基于纵向极化压电材料及纵向磁化磁致伸缩材料的压电和压磁方程与磁电元件运动方程,给出磁电元件开路电压表达式;鉴于压电材料高输出阻抗的特点,考虑测试仪器的有限输入阻抗和传输信号引线电缆电容,通过建立等效电路模型推出了非开路情况下磁电电压计算式,取不同材料参数对磁电电压进行了数值计算.研究表明,材料参数、电路参数对输出电压均产生影响.对磁伸材料两端面受非均匀偏置磁场产生外力的非自由边界磁电效应进行研究发现,恒外力作用使压电元件产生不可检测的稳恒电压.
    Based on constituent equations of longitudinally polarized piezoelectric materials and magnetized magnetostrictive materials, and equation of motion of the magnetoelectric element, the expression to calculate the open circuit voltage of the piezoelectric material is presented. In view of the characteristics of high impedance for the piezoelectric materials, and considering the capacitance of the lead cable to transfer signal, as well as the capacitance and the internal resistance of the measuring instrument, a formula to calculate the actual magnetoelectric voltage is derived by using an equivalent circuit. Taking different materials parameters, we calculate the effect of parameter variation on magnetoelectric voltage. The results show that the influence of material parameters, cable capacitance and the input capacitance and resistance of the measuring instrument on the output voltage must be taken into account. Non-uniformly biased field will yield forces on the two ends of the magnetostrictive materials and the research result shows that the constant force produced by gradient bias magnetic field will generate stabilized voltage, which is unable to be measured by the oscilloscope.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划项目(批准号:2009AA03Z107)和江苏大学高级人才基金(批准号:03JDG-012)资助的课题.
    [1]

    Eerenstein W, Mathur N D, Scott J F 2006 Nature 442 759

    [2]

    Duan C G 2009 Prog. Phys. 29 215(in Chinese)[段纯刚 2009 物理学进展 29 215]

    [3]

    Laund L D,Lifshitz E M, Pitaevskii L P 1999 Electrodynamics of Continuous Media (2nd Ed.)(Beijing: World Publishing Corporation)

    [4]

    Huong Giang D T,Duc N H 2009 Sens. Actuat. A 149 229

    [5]

    Bian L X, Wen Y M, Li P, Gao Q L, Zhen M 2009 Sens. Actuat. A 150 207

    [6]

    Li P, Wen Y M, Liu P G, Li X S, Jia C B 2010 Sens. Actuat. A 157 100

    [7]

    Krotov S S, Kadomtseva A M, Popov Y F, Zvezdin A K, Vorob’ev G P, Belov D V 2001 J. Magn. Magn. Mater. 226 963

    [8]

    Bichurin M I, Petrov V M, Srinivasan G 2009 J. Magn. Magn. Mater. 321 846

    [9]

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

    [10]

    Bao B H, Ren N F, Luo Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 037503(in Chinese) [鲍丙豪、任乃飞、骆 英 2011物理学报60 037503]

    [11]

    Dong S H, Zhai J Y 2008 Chin. Sci. Bull. 53 2113

    [12]

    Yang C H, Wen Y M, Li P, Bian L X 2008 Acta Phys.Sin 57 7292 (in Chinese) [阳昌海、文玉梅、李平、卞雷祥 2008物理学报57 7292]

    [13]

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

    [14]

    Dong S X, Li J F, Viehland D 2003 IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contrl. 50 1253

    [15]

    Wang Z L 2009 Adv. Mater. 21 1311

    [16]

    Xu S, Qin Y, Xu C, Wang Z L 2010 Nature Nanotechnol. 46 1

    [17]

    Lu M P, Song J H,Lu M Y, Chen M T, Gao Y F, Chen L J, Wang Z L 2009 Nano Lett. 9 1223

    [18]

    Luan G D, Zhang J D,Wang R Q 2005 Piezoelectric Transducer and Transducer Array (Revised Ed.)(Beijing: Peking University Press) p119(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119页] 〖19] Dong S X, Li J F, Viehland D 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5305

    [19]

    Dong S X, Li J F, Viehland D 2006 J. Mater. Sci. 41 97

    [20]

    Yang F, Wen Y M, Li P, Zheng M, Bian L X 2007 Acta Phys. Sin. 56 3539(in Chinese) [扬 帆、文玉梅、李 平、郑 敏、卞雷祥 2007 物理学报 56 3539]

    [21]

    Bian L X, Wen Y M, Li P 2010 Acta Phys. Sin.59 883(in Chinese) [卞雷祥、文玉梅、李平2010 物理学报 59 883]

  • [1]

    Eerenstein W, Mathur N D, Scott J F 2006 Nature 442 759

    [2]

    Duan C G 2009 Prog. Phys. 29 215(in Chinese)[段纯刚 2009 物理学进展 29 215]

    [3]

    Laund L D,Lifshitz E M, Pitaevskii L P 1999 Electrodynamics of Continuous Media (2nd Ed.)(Beijing: World Publishing Corporation)

    [4]

    Huong Giang D T,Duc N H 2009 Sens. Actuat. A 149 229

    [5]

    Bian L X, Wen Y M, Li P, Gao Q L, Zhen M 2009 Sens. Actuat. A 150 207

    [6]

    Li P, Wen Y M, Liu P G, Li X S, Jia C B 2010 Sens. Actuat. A 157 100

    [7]

    Krotov S S, Kadomtseva A M, Popov Y F, Zvezdin A K, Vorob’ev G P, Belov D V 2001 J. Magn. Magn. Mater. 226 963

    [8]

    Bichurin M I, Petrov V M, Srinivasan G 2009 J. Magn. Magn. Mater. 321 846

    [9]

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

    [10]

    Bao B H, Ren N F, Luo Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 037503(in Chinese) [鲍丙豪、任乃飞、骆 英 2011物理学报60 037503]

    [11]

    Dong S H, Zhai J Y 2008 Chin. Sci. Bull. 53 2113

    [12]

    Yang C H, Wen Y M, Li P, Bian L X 2008 Acta Phys.Sin 57 7292 (in Chinese) [阳昌海、文玉梅、李平、卞雷祥 2008物理学报57 7292]

    [13]

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

    [14]

    Dong S X, Li J F, Viehland D 2003 IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contrl. 50 1253

    [15]

    Wang Z L 2009 Adv. Mater. 21 1311

    [16]

    Xu S, Qin Y, Xu C, Wang Z L 2010 Nature Nanotechnol. 46 1

    [17]

    Lu M P, Song J H,Lu M Y, Chen M T, Gao Y F, Chen L J, Wang Z L 2009 Nano Lett. 9 1223

    [18]

    Luan G D, Zhang J D,Wang R Q 2005 Piezoelectric Transducer and Transducer Array (Revised Ed.)(Beijing: Peking University Press) p119(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119页] 〖19] Dong S X, Li J F, Viehland D 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5305

    [19]

    Dong S X, Li J F, Viehland D 2006 J. Mater. Sci. 41 97

    [20]

    Yang F, Wen Y M, Li P, Zheng M, Bian L X 2007 Acta Phys. Sin. 56 3539(in Chinese) [扬 帆、文玉梅、李 平、郑 敏、卞雷祥 2007 物理学报 56 3539]

    [21]

    Bian L X, Wen Y M, Li P 2010 Acta Phys. Sin.59 883(in Chinese) [卞雷祥、文玉梅、李平2010 物理学报 59 883]

  • [1] 聂长文, 吴瀚舟, 王书豪, 蔡园园, 宋树, SokolovOleg, BichurinM. I., 汪尧进. 磁电电压可调电感器的理论设计与可调性优化. 物理学报, 2021, 70(24): 247501. doi: 10.7498/aps.70.20210899
    [2] 杨娜娜, 陈轩, 汪尧进. 磁电异质结及器件应用. 物理学报, 2018, 67(15): 157508. doi: 10.7498/aps.67.20180856
    [3] 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
    [4] 施展, 陈来柱, 佟永帅, 郑智滨, 杨水源, 王翠萍, 刘兴军. Terfenol-D/PZT磁电复合材料的磁电相位移动研究. 物理学报, 2013, 62(1): 017501. doi: 10.7498/aps.62.017501
    [5] 李平, 黄娴, 文玉梅. 偏置电压对磁致伸缩/压电层合换能结构磁电性能影响. 物理学报, 2012, 61(13): 137504. doi: 10.7498/aps.61.137504
    [6] 李廷先, 张铭, 王光明, 郭宏瑞, 李扩社, 严辉. La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3复合薄膜的制备及其电致磁电效应研究. 物理学报, 2011, 60(8): 087501. doi: 10.7498/aps.60.087501
    [7] 毕科, 艾迁伟, 杨路, 吴玮, 王寅岗. Ni/Pb(Zr,Ti)O3/TbFe2层状复合材料的谐振磁电特性研究. 物理学报, 2011, 60(5): 057503. doi: 10.7498/aps.60.057503
    [8] 陈蕾, 李平, 文玉梅, 王东. 高磁导率材料FeCuNbSiB对超磁致伸缩/压电层合材料磁电性能的影响. 物理学报, 2011, 60(6): 067501. doi: 10.7498/aps.60.067501
    [9] 鲍丙豪, 骆英. 有限输入阻抗下压电/磁伸层叠材料磁电效应理论及实验. 物理学报, 2011, 60(1): 017508. doi: 10.7498/aps.60.017508
    [10] 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
    [11] 张延芳, 文玉梅, 李平, 卞雷祥. 采用阶梯形弹性基底的磁致伸缩/压电复合结构磁电响应研究. 物理学报, 2009, 58(1): 546-553. doi: 10.7498/aps.58.546
    [12] 马静, 施展, 林元华, 南策文. 准2-2型磁电多层复合材料的磁电性能. 物理学报, 2009, 58(8): 5852-5856. doi: 10.7498/aps.58.5852
    [13] 曹鸿霞, 张 宁. 磁电双层膜层间耦合的弹性力学研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3237-3243. doi: 10.7498/aps.57.3237
    [14] 曹鸿霞, 张 宁. 过渡族元素掺杂BaTiO3-Tb1-xDyxFe2-y层状复合材料中的磁电效应. 物理学报, 2008, 57(10): 6582-6586. doi: 10.7498/aps.57.6582
    [15] 阳昌海, 文玉梅, 李 平, 卞雷祥. 偏置磁场对磁致伸缩/弹性/压电层合材料磁电效应的影响. 物理学报, 2008, 57(11): 7292-7297. doi: 10.7498/aps.57.7292
    [16] 杨 帆, 文玉梅, 李 平, 郑 敏, 卞雷祥. 考虑损耗的磁致/压电层合材料谐振磁电响应分析. 物理学报, 2007, 56(6): 3539-3545. doi: 10.7498/aps.56.3539
    [17] 周剑平, 施 展, 刘 刚, 何泓材, 南策文. 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
    [18] 万 红, 沈仁发, 吴学忠. 对称磁电层合板磁电转换效应理论研究. 物理学报, 2005, 54(3): 1426-1430. doi: 10.7498/aps.54.1426
    [19] 万 红, 谢立强, 吴学忠, 刘希从. 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
    [20] 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
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-08-07
  • 修回日期:  2010-09-21
  • 刊出日期:  2011-03-05

纵向极化与磁化叠层复合材料磁电效应理论及计算

  • 1. (1)江苏大学机械工程学院,微纳科学技术研究中心,镇江 212013; (2)江苏大学理学院,镇江 212013
    基金项目: 国家高技术研究发展计划项目(批准号:2009AA03Z107)和江苏大学高级人才基金(批准号:03JDG-012)资助的课题.

摘要: 基于纵向极化压电材料及纵向磁化磁致伸缩材料的压电和压磁方程与磁电元件运动方程,给出磁电元件开路电压表达式;鉴于压电材料高输出阻抗的特点,考虑测试仪器的有限输入阻抗和传输信号引线电缆电容,通过建立等效电路模型推出了非开路情况下磁电电压计算式,取不同材料参数对磁电电压进行了数值计算.研究表明,材料参数、电路参数对输出电压均产生影响.对磁伸材料两端面受非均匀偏置磁场产生外力的非自由边界磁电效应进行研究发现,恒外力作用使压电元件产生不可检测的稳恒电压.

English Abstract

参考文献 (21)

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