基于磁電復(fù)合振子的電容型磁阻抗效應(yīng)研究.pdf

1、磁阻抗效應(yīng)(MI)是指在外磁場作用下材料的交流電阻抗隨磁場變化的現(xiàn)象。磁阻抗與材料的相對磁導(dǎo)率、相對介電常數(shù)有關(guān)。當材料的相對磁導(dǎo)率隨磁場改變時稱為電感型磁阻抗。電感型磁阻抗材料主要為軟磁非晶帶、非晶絲和軟磁多層膜。隨著磁電復(fù)合材料研究的發(fā)展，在壓電和磁致伸縮復(fù)合材料上也發(fā)現(xiàn)了阻抗隨磁場的改變，但是其阻抗改變的原因是復(fù)合材料的介電常數(shù)（電容）隨磁場改變，稱為電容型磁阻抗。研究表明，電容型磁阻效應(yīng)要遠大于單相磁性材料的電感型磁阻抗效應(yīng)。<

2、br>　　本文在室溫下研究了壓電陶瓷PZT和磁致伸縮材料Terfenol-D組合成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的電容型磁阻抗效應(yīng)，并利用磁-力-電耦合理論解釋了磁阻抗效應(yīng)產(chǎn)生的原因。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)選用環(huán)狀PZT、環(huán)狀Terfenol-D和條狀Terfenol-D分別組成“環(huán)-環(huán)”和“環(huán)-條”復(fù)合結(jié)構(gòu)，實驗研究了相同PZT環(huán)，不同尺寸和形狀的Terfenol-D對磁電復(fù)合振子的磁阻抗、磁電容及諧振頻率的影響。通過理論和實驗數(shù)據(jù)的分析，

3、發(fā)現(xiàn)外加磁場改變了復(fù)合材料的介電常數(shù)率（電容），從而改變其阻抗值，這與電感型磁阻抗即磁導(dǎo)率隨磁場的改變有著本質(zhì)的區(qū)別;實驗研究了復(fù)合振子磁阻抗的尺寸效應(yīng)，對“環(huán)-環(huán)”磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，當增大磁致伸縮環(huán)的內(nèi)半徑時，可提高磁電復(fù)合振子磁阻抗效應(yīng);此外，還研究了壓電環(huán)極化方向?qū)Υ抛杩剐?yīng)的影響。
　　(2)在上述理論和實驗的基礎(chǔ)上，研究了壓電相體積分數(shù)對Terfenol-D/PZT/Terfenol-D“三明治”層狀磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)的阻抗、電容

4、及諧振頻率等性能的調(diào)控作用。實驗和理論研究表明，復(fù)合振子的諧振頻率偏移不僅僅是因為磁致伸縮相的ΔE效應(yīng)，而且還和壓電材料的彈性模量（亦稱作壓電ΔE效應(yīng)）相關(guān)，即由于磁電耦合作用，壓電材料的彈性模量隨磁場線性變化。進一步分析得出，復(fù)合材料的磁致伸縮ΔE效應(yīng)和壓電ΔE效應(yīng)存在博弈關(guān)系，在這博弈過程中，壓電材料在壓電/壓磁復(fù)合結(jié)構(gòu)中所占的體積分數(shù)起到?jīng)Q定性作用，當壓電相體積分數(shù)占優(yōu)時，復(fù)合結(jié)構(gòu)的諧振頻率隨磁場呈線性偏移，反之，復(fù)合材料的諧振頻