【摘要】：隨著科學技術的飛速發(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、數據儲存器等其他電子器件領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,故現在的磁電材料多為磁電復合材料。磁電復合材料從結構上主要分為顆粒復合材料和層狀復合材料,其中,層狀結構磁電復合材料因具有其較高的磁電耦合系數而倍受關注。同時,當前的無鉛磁電復合材料多以BaTiO_3基為主,磁電耦合系數相對較低,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,通過調整材料結構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,Zn)FeO_3和CoFe_2O_4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)對其物相組成及結構進行分析,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。首先,以Li、Ta、Sb離子共摻的(K_(0.45)Na_(0.55))_(0.98)Li_(0.02)(Nb_(0.77)Ta_(0.18)Sb_(0.05))O_3(LKNNTS)為壓電相,以Ni_(0.37)Cu_(0.20)Zn_(0.43)Fe_(1.92)O_(3.88)(NCZF)為鐵磁相,壘層疊壓兩相,冷等靜壓,共燒得到LKNNTS/NCZF層狀結構的復合材料。研究表明,在高溫燒結過程中,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,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(240oC),典型的鐵電體飽和電滯回線,較低的漏電流密度和優(yōu)異的磁電耦合系數。層狀復合材料的最大磁電耦合系數為133 m V/cm Oe,是顆粒型復合材料(34 m V/cm Oe)的4倍左右。其次,以單摻Li離子的Li_（0.058)(Na_(0.535)K_(0.48))_(0.942)NbO_3(LKNN)為壓電相,以具有高磁致伸縮效應的Co_(0.6)Zn_(0.4)Fe_(1.7)Mn_(0.3)O_4(CZFM)為鐵磁相,向其中加入燒結助劑(LiCO_3),采用同一方法使兩相共燒在一起,得到LKNN/CZFM層狀復合材料。結果表明:LKNN和CZFM兩相可以共存且不發(fā)生化學反應和元素擴散,兩相層狀結構明顯,晶粒發(fā)育良好,致密度較高,沒有明顯的缺陷和氣孔。LKNN/CZFM層狀結構復合材料表現出優(yōu)異的磁電效應,最大的磁電耦合系數高達285 m V/cm Oe,相比于LKNNTS/NCZF層狀復合材料有了很大提高。為了進一步提高層狀復合材料的磁電效應,采用流延成型的方法制備出LKNN/CZFM多層結構的復合材料,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。對比三層結構復合材料,結果表明:多層結構進一步提高了復合材料的電阻,降低了泄漏電流密度,擊穿場強大大增強,鐵磁性能也有所提高,從而提高了復合材料的磁電效應。LKNN/CZFM多層復合材料的最大磁電耦合系數為307 m V/cm Oe,相比于現階段同類無鉛層狀磁電復合材料,磁電耦合性能有了大幅度的提升。
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【學位授予單位】：陜西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

【參考文獻】

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本文編號：2468093