鈮酸鉀鈉基無鉛壓電層狀磁電復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的微型化和多功能化逐漸成為研究領(lǐng)域的熱點。磁電復合材料同時兼具鐵電性、鐵磁性和磁電耦合性能，在傳感器、濾波器、相位器、數(shù)據(jù)儲存器等其他電子器件領(lǐng)域有著十分廣闊的應用前景。但單相磁電材料在室溫以上時，磁電效應十分微弱，很難應用到實際，故現(xiàn)在的磁電材料多為磁電復合材料。磁電復合材料從結(jié)構(gòu)上主要分為顆粒復合材料和層狀復合材料，其中，層狀結(jié)構(gòu)磁電復合材料因具有其較高的磁電耦合系數(shù)而倍受關(guān)注。同時，當前的無鉛磁電

2、復合材料多以BaTiO3基為主，磁電耦合系數(shù)相對較低，為了進一步增強磁電效應，本文從選取高性能的壓電材料入手，通過調(diào)整材料結(jié)構(gòu)和改變成型工藝來制備層狀磁電復合材料，并對其性能進行研究，探討影響磁電復合材料磁電效應的因素。磁電效應是通過壓電效應和磁致伸縮效應的乘積來實現(xiàn)的，因此，磁電效應不僅與壓電鐵磁兩單相的性能密不可分，同時兩相的相對含量也將直接影響復合材料的磁電耦合性能。本文主要以摻雜改性的KNN基壓電材料為壓電相，與鐵磁相(Ni,

3、Zn)FeO3和CoFe2O4進行復合制備層狀磁電復合材料。采用X射線衍射儀（XRD）和電子掃描顯微鏡（SEM）對其物相組成及結(jié)構(gòu)進行分析，通過鐵電測試儀對其電學性能進行分析，最后通過自組裝磁電測試儀研究復合材料的磁電性能，并對其進行比較，得出層狀復合材料性能的優(yōu)越性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以Li、Ta、Sb離子共摻的(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3(LKNNTS)為

4、壓電相，以Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88(NCZF)為鐵磁相，壘層疊壓兩相，冷等靜壓，共燒得到LKNNTS/NCZF層狀結(jié)構(gòu)的復合材料。研究表明，在高溫燒結(jié)過程中，復合材料中的LKNNTS相和NCZF相在界面處沒有發(fā)生化學反應和明顯的元素擴散。通過介電、鐵電和磁電性能的測試發(fā)現(xiàn)，層狀復合材料相比顆粒型復合材料具有較大的電阻率，較高的居里溫度（240 oC），典型的鐵電體飽和電滯回線，較低的漏電流密度和優(yōu)異的磁

5、電耦合系數(shù)。層狀復合材料的最大磁電耦合系數(shù)為133 mV/cm Oe，是顆粒型復合材料（34 mV/cm Oe）的4倍左右。⑵以單摻Li離子的Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3(LKNN)為壓電相，以具有高磁致伸縮效應的Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4(CZFM)為鐵磁相，向其中加入燒結(jié)助劑（LiCO3），采用同一方法使兩相共燒在一起，得到LKNN/CZFM層狀復合材料。結(jié)果表明：LKNN和CZFM

6、兩相可以共存且不發(fā)生化學反應和元素擴散，兩相層狀結(jié)構(gòu)明顯，晶粒發(fā)育良好，致密度較高，沒有明顯的缺陷和氣孔。LKNN/CZFM層狀結(jié)構(gòu)復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的磁電效應，最大的磁電耦合系數(shù)高達285 mV/cm Oe，相比于LKNNTS/NCZF層狀復合材料有了很大提高。⑶采用流延成型的方法制備出LKNN/CZFM多層結(jié)構(gòu)的復合材料，所得膜材呈二維薄平分布，材料缺陷相對尺寸較小，性能更一致，更穩(wěn)定。對比三層結(jié)構(gòu)復合材料，結(jié)果表明：多層結(jié)構(gòu)進一步