發(fā)布時間：2020-07-15 12:24

【摘要】：理想磁電回旋器因兼具無源、線性和無損耗等突出優(yōu)點,能夠?qū)崿F(xiàn)I-V/V-I的直接轉(zhuǎn)換并伴隨著感性/容性網(wǎng)絡(luò)的非互易轉(zhuǎn)換,可以取代雷達通信轉(zhuǎn)換器、循環(huán)器以及隔離器等器件中的關(guān)鍵模塊有利于器件的高頻信號轉(zhuǎn)換以及微小化發(fā)展。盡管在以往的報道中關(guān)于磁電回旋器的研究在實驗以及理論對其功率轉(zhuǎn)換效率方面取得了重要突破。然而,報道的磁電回旋器研究選用的磁致伸縮材料與壓電材料的有效機械品質(zhì)因數(shù)Q值偏低而制約磁電回旋器功率轉(zhuǎn)換效率進一步提升。針對這一問題,提出并設(shè)計一種由鐵鎳基恒彈性合金(Ni-Fe-Cr,Q_m=1082)和壓電材料(PZT8,Q_P=1200)層合的2-2型磁電回旋器,通過提高其有效品質(zhì)因數(shù),實現(xiàn)了高效功率轉(zhuǎn)換效率。所設(shè)計的“三明治”結(jié)構(gòu)Ni-Fe-Cr/PZT8/Ni-Fe-Cr的雙端口四線制磁電回旋器中,這兩種高Q值材料工作在諧振時產(chǎn)生高效的動態(tài)磁-機-電轉(zhuǎn)換(194V/(cm Oe))得益于其較高的有效品質(zhì)因數(shù)(Q=1080)。因此,這種方法能夠有效地減小磁-機-電轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗,提高了磁電回旋器的功率轉(zhuǎn)換效率。本文通過搭建自動測試系統(tǒng)完成對樣品的動態(tài)磁-機特性、低頻/諧振磁電響應(yīng)以及功率傳輸特性的表征,本文設(shè)計的磁電回旋器件在較低的輸入功率密度(3.31μW/cm~3)時,實現(xiàn)了88.5%的功率轉(zhuǎn)換效率。相關(guān)研究的進展和突破,不僅加速了緊湊型、無源、非互易性功能化磁電固體器件的實現(xiàn),而且在信號傳輸、阻抗匹配以及功率傳輸?shù)确矫嬗袧撛趹?yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：鄭州輕工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH139
【圖文】：

圖 1-1 回旋器原理圖磁電復(fù)合材料的出現(xiàn)為 4 線 2 端口磁電回旋器件的一條新的途徑。同時由于壓磁/壓電磁電復(fù)合材料因等多個凝聚態(tài)物理范疇的交叉與融合。近年來在磁件、新型信息存儲以及磁電回旋器件等領(lǐng)域蘊藏著件的體積小，結(jié)構(gòu)簡單且高效的功率轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)傳輸設(shè)備的小型化、集成化以及低損耗的要求�，F(xiàn)狀者廣泛關(guān)注多鐵材料，其主要原因是它在多功能電中具有巨大的應(yīng)用前景[2-5]。多鐵材料具有多種鐵性[磁性等。磁電材料是一種典型的多鐵材料，具有包合功能，其中正磁電效應(yīng)指在外加磁場的影響下產(chǎn)加電場的影響下產(chǎn)生磁矩的改變。隨著磁電復(fù)合材

圖 2-1 不同預(yù)應(yīng)力下超磁致伸縮系數(shù)與外加磁場關(guān)系曲線[65])磁滯特性磁材料的一個基本特性是會產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象，同理對于磁致伸縮材料也會產(chǎn)現(xiàn)象，正如圖 2-1 所示。由于磁致伸縮材料的磁滯會使曲線變成非線性且，因此不利于開發(fā)線性的應(yīng)用器件。這樣的特性會損耗了器件的使用壽命象無法徹底根除，為了減弱磁滯現(xiàn)象，利用施加適當(dāng)?shù)念A(yù)壓應(yīng)力或偏置場現(xiàn)，從而在一定程度上延長應(yīng)用器件的使用壽命[66]。)ΔE 效應(yīng)磁材料彈性模量 E 具有隨外加磁場變化而改變的特性被稱為 ΔE 效應(yīng)定縮材料能量密度的變化隨著彈性模量變化而改變，對應(yīng)用換能器件來說引起磁致伸縮換能器的能量轉(zhuǎn)換和輸出特性變化，因此，在設(shè)計應(yīng)用器件E 效應(yīng)對其功能特性的影響。另一方面，ΔE 效應(yīng)能夠應(yīng)用于頻率可控的線等新型器件[64]。

圖 2-2 自發(fā)磁致伸縮用對鐵磁體的內(nèi)部產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)它在居里溫狀態(tài)的單疇，自身可以發(fā)生自發(fā)磁化現(xiàn)象，然而，的耦合作用，只有退磁能為( ) 22NM VS，其中N 的直徑）是退磁因子，M 是磁化強度，S 是鐵磁體在磁化方向伸長能夠降低退磁能和減小退磁因子 們產(chǎn)生的數(shù)量要小于其他磁致伸縮[49]。致伸縮現(xiàn)象有兩種方法：一種是其內(nèi)部固有的自發(fā)磁化，場。一般情況，給予鐵磁體外部施加的磁場，產(chǎn)生沒有外部施加磁場以及外應(yīng)力的作用，鐵磁體內(nèi)部及原子磁矩交換能、和退磁能）的最小值決定其狀態(tài)所誘發(fā)的退磁能打破原來的磁化狀態(tài)，且增

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