發(fā)布時間：2020-03-25 16:08

【摘要】：磁電效應,是指材料的電極化強度隨磁場而改變,或者材料的磁化強度隨電場而改變的物理效應。利用材料的磁電效應,可以實現(xiàn)磁信號與電信號之間的轉化,因此可以將其用于磁場傳感領域。層狀磁電復合材料是將壓電材料和壓磁材料層疊在一起,利用磁-彈-電耦合原理實現(xiàn)磁能與電能的轉換,與單相磁電材料相比,其具有極大的磁電系數(shù)。本論文主要研究基于PMNT壓電單晶所制備的磁電復合材料及被動式弱磁傳感器�；�于磁電復合材料的磁電型弱磁傳感器在弱磁探測極限性能參數(shù)方面已經(jīng)初步實現(xiàn)了與磁通門、光泵等傳統(tǒng)高性能磁傳感器相媲美,已在水下磁探測領域獲得了初步的應用。論文中首先對磁電復合材料及其磁傳感器的磁電響應、噪聲耦合進行建模分析,從理論上探索了磁電型磁傳感器的性能優(yōu)化路徑。在磁電復合材料的研究方面,分別制備了Terfeno-D/PMNT材料體系的多層串聯(lián)結構磁電復合材料、Metglas/PMNT材料體系的Multi-push-pull結構磁電復合材料及Metglas/Mn-PMNT材料體系面內(nèi)串聯(lián)結構的磁電復合材料。對于Multi-push-pull結構的磁電復合材料,建立了介電損耗的等效電路模型,分析了壓電芯材料制備時叉指電極與單晶片之間的膠層對復合材料介電損耗的影響,從理論模型的分析結果指導了材料制備工藝的優(yōu)化。利用所制備的面內(nèi)多重串聯(lián)結構磁電復合材料和專用低噪聲前置電荷放大電路制備了低頻單軸矢量型弱磁傳感器,并對其響應率、噪聲等效磁場進行了理論計算和表征,研制的磁電型弱磁傳感器的噪聲等效磁場低至0.4pT/Hz~(1/2)@15Hz,3pT/Hz~(1/2)@1Hz,超過了進口的Mag-13型磁通門傳感器。針對磁電型磁傳感器諧振態(tài)下超高的探測靈敏度的應用,設計了電感調(diào)諧的磁傳感器,可將傳感器的諧響應在一定范圍內(nèi)調(diào)制到目標頻率,從而拓展了磁電型磁傳感器的應用頻段,提高了磁電型磁傳感器的弱磁探測極限。對于磁電型磁傳感器易受振動噪聲干擾的問題,設計出了具有獨特結構的磁電復合材料,有望利用差分的方法提升傳感器對復雜環(huán)境的適應性,并提升其探測精度。
【圖文】：

VVHα = …（1.4磁電電場系數(shù)定義為：EEHα = …（1.5磁電電荷系數(shù)定義為：QQHα = …（1.6這三種磁電系數(shù)之間可以進行換算，例如，，在準靜態(tài)條件下：Q p V p V=α C= α C tα…（1.7與單相磁電材料相比，復相磁電材料具有更明顯的磁電效應。下圖 1.1 為相磁電材料的原理圖。

圖 1.2 BiFeO3的結構示意圖Figure 1.2 The structure schematic of BFO1.2.2 復相磁電材料正是由于單相磁電材料的性能無法達到實際需求，因此人們的研究目標逐漸轉移至復合材料上來。前文也提到，基于磁-彈-電耦合的乘積效應的兩相磁電復合材料在常溫下能夠表現(xiàn)出十分強烈的磁電效應，近幾年也被廣泛研究。復相磁電材料主要分為以下幾個體系：（1）壓電陶瓷/亞鐵磁復合材料；（2）磁致伸縮/壓電兩相復合材料；（3）三相復合磁電材料；（4）由鐵電和磁性氧化物復合而成的薄膜或納米結構磁電材料。還可以通過不同相之間的連接類型對復相磁電材料進行劃分。以二相納米磁電復合材料為例，如圖 1.3 所示，其可以分為 0-3，2-2，1-3 等[3]。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院上海硅酸鹽研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB33;TP212.13

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