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《磁電雙層膜層間耦合的彈性力學(xué)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、第57卷第5期2008年5月物 理 學(xué) 報(bào)Vol.57,No.5,May,2008100023290P2008P57(05)P3237207ACTAPHYSICASINICAn2008Chin.Phys.Soc.3磁電雙層膜層間耦合的彈性力學(xué)研究?曹鴻霞 張 寧(南京師范大學(xué)磁電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室,南京 210097)(2007年9月22日收到;2007年10月17日收到修改稿) 基于磁致伸縮相與壓電相的本構(gòu)方程,應(yīng)用彈性力學(xué)模型,簡(jiǎn)要介紹了如何推導(dǎo)自由狀態(tài)的磁電雙層膜縱向、橫向磁電(ME)電壓系數(shù).并采用相應(yīng)的材料參數(shù)計(jì)算了La0
2、17Sr013MnO32Pb(Zr,Ti)O3(LSMO2PZT),Tb1-xDyxFe2-y(TDF)2PZT雙層膜中的磁電電壓系數(shù),具體分析了其與壓電相的體積分?jǐn)?shù)v、界面耦合參數(shù)k以及偏置磁場(chǎng)H之間的關(guān)系.分析結(jié)果表明,在某一體積分?jǐn)?shù)vm下,ME電壓系數(shù)達(dá)到最大值,且最大值與k成近似線性關(guān)系.由于-1-1TDF的超大磁致伸縮效應(yīng),TDF2PZT雙層膜的橫向ME電壓系數(shù)可達(dá)119VcmOe,而LSMO2PZT的僅為165-1-1mVcmOe(1Oe=80APm).將LSMO2PZT中橫向ME電壓系數(shù)隨偏置磁場(chǎng)H變化的理論值與
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照,其界面耦合參數(shù)k為012.研究結(jié)果表明:優(yōu)異的磁致伸縮性能、合適的體積分?jǐn)?shù)、良好的界面耦合是影響ME效應(yīng)的關(guān)鍵因素.關(guān)鍵詞:磁電效應(yīng),雙層膜,TDF,LSMO,PZTPACC:7580,7760,7550由上式可知,為獲得優(yōu)良的磁電效應(yīng),必須選擇單相11引言效應(yīng)強(qiáng)的磁致伸縮相和壓電相.對(duì)于鐵磁相,目前常選用Ni(Co,Mn)Fe2O4,Tb1-xDyxFe2-y(Terfenol2D)磁電效應(yīng)是材料在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電極化,等磁致伸縮較大的材料;對(duì)于鐵電相,常選用或在電場(chǎng)中產(chǎn)生磁化的現(xiàn)象.磁電效應(yīng)材料因?yàn)榧鍮
4、aTiO3,PZT等壓電系數(shù)較高的材料.至今已制備出有鐵磁和鐵電性能,在傳感器制備領(lǐng)域具有廣闊的多類ME復(fù)合材料,其中既有塊材,如Ni(Co,Mn)[1]應(yīng)用前景,一直備受關(guān)注.磁電效應(yīng)發(fā)生于磁偶[6,7][8]Fe2O42BaTiO3,TDFPPVDF2PZTPPVDF,TDFPepoxy2極子和電偶極子共存的材料中,能產(chǎn)生磁電效應(yīng)的[9][10—13]PZT;也有多層復(fù)合物,如Terfenol2D2PZT,材料可分為單相和復(fù)合材料.磁電效應(yīng)最早是在低[14,15]NiFe2O42PZT等.[2,3]溫下反鐵磁性單晶Cr2O
5、3中觀察到的.隨后發(fā)現(xiàn)由于影響復(fù)合材料磁電轉(zhuǎn)化的因素很多,如各其他單晶如BiFeO3和BaMnF4等也存在磁電效應(yīng).個(gè)單相組元的性能、鐵電鐵磁相的體積比、界面間的單相材料的磁電性能很低,且大多只能在低溫下才耦合狀態(tài),所以需要建立一定的物理模型進(jìn)行理論能被明顯觀測(cè)到,因此沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.計(jì)算,對(duì)磁電效應(yīng)的變化規(guī)律進(jìn)行研究.目前主要VanSuchtelen首先引入具有乘積效應(yīng)(product[4]分析方法有彈性力學(xué)方法、Green函數(shù)方法、等效電properties)的復(fù)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)磁電效應(yīng).在鐵磁2路方法.Nan的理論框架是在
6、Green函數(shù)模型和微鐵電(或磁致伸縮2壓電)兩相組成的復(fù)合材料中,擾理論的基礎(chǔ)上建立的,主要是解釋磁電感應(yīng)的機(jī)磁致伸縮相在磁場(chǎng)中發(fā)生彈性形變,此形變通過(guò)界[5]理;Liu等人用數(shù)字技術(shù)模擬材料內(nèi)部的機(jī)械耦面耦合至壓電相,經(jīng)由壓電效應(yīng)引起電介質(zhì)的極化.[16]合,側(cè)重于磁電耦合輸出的最大化.Dong等人在復(fù)合材料的磁電效應(yīng)(magnetoeletriceffect)可表示[5]彈性力學(xué)方法的基礎(chǔ)上引入動(dòng)力學(xué)方程,得到層合為材料等效電路,從而可以分析材料的磁電響應(yīng)特磁機(jī)械磁電=×.[17]機(jī)械電性.Harshe及其合作者基于雙層
7、結(jié)構(gòu)提出彈性力3國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):10674071)資助的課題.?通訊聯(lián)系人.E2mail:zhangning@njnu.edu.cn3238物 理 學(xué) 報(bào)57卷學(xué)理論模型,并假設(shè)界面耦合是理想的,根據(jù)此模型電場(chǎng)δE.縱向ME電壓系數(shù)αE,33=δE3/δH3對(duì)應(yīng)于計(jì)算了CFO2PZT(或BTO)的縱向ME電壓系數(shù)在三個(gè)場(chǎng)互相平行且皆沿3軸.-1-1012—5VcmOe之間,其值與場(chǎng)的取向、邊界條件在推導(dǎo)中,對(duì)于自由狀態(tài)(無(wú)夾持)的雙層膜,假及單相材料參數(shù)有關(guān).并制備了相關(guān)樣品進(jìn)行測(cè)設(shè)無(wú)彎曲變形且沿厚度方向應(yīng)力不
8、變.極化后的壓[18,19]量.Bichurin,Petrov和Srinivasan在彈性力學(xué)模電相對(duì)于極化軸具有∞m對(duì)稱性,其本構(gòu)方程為型的基礎(chǔ)上,將層合材料看作同一均勻介質(zhì),推導(dǎo)出Si=sijTj+dkiEk,ME電壓系數(shù)的表達(dá)式,據(jù)此模型計(jì)算了一些磁電Dk=dkiTi+
