磁电层合材料的磁电双峰效应研究及器件设计-信号与信息处理专业论文.docx

万方数据 万方数据 中图分类号 TN911 学校代码 10356 UDC 621 密级 公开 硕 士 学 位 论 文 MASTER DISSERTATION 磁电层合材料的磁电双峰效应研究及器件 设计 Reserch on Dual-peak Magnetoelectric Effect in Magnetoelectric Laminate and Applications in Microwave Devices 作 者 陈 晴 导 师 周浩淼 副教授 申请学位 工学硕士 培养单位 中国计量学院 学科专业 信号与信息处理 研究方向 功能材料微波器件 二〇一四年三月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国计量学院 或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 中国计量学院 有关保留、使用学位论文的 规定。特授权 中国计量学院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借 阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论 文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 致 谢 回首研究生学习的两年多时间，我学到了很多东西，也收获很多东西。感 谢母校，给了我这个学习平台，让我不断提升充实自己。感谢那些不断给我帮 助，给我鼓励，给我引导的人们，感谢大家的支持和帮助。 首先，非常感谢我的导师周浩淼教授。在我攻读硕士研究生期间，周老师 给了我很大的帮助。从课题的选择，到论文的发表，周老师都牢牢把关，不放 过每一个存在问题的细节。此外，周老师经常与我进行学术交流，讨论研究工 作中遇到的问题，并提出他的观点，给我建设性的意见与提示，加快我科研的 步伐。周老师的高度责任感，对研究工作的严谨细致，对学生工作的严格要求， 都帮助了我顺利完成课题。在此，谨向周老师表达我由衷的感谢和敬意。 其次，感谢我的同门师弟师妹：朱锋杰、廉婧、崔晓乐、李梦菡、张秋实、 梁艳武，还有肖英老师，他们在我无论是生活上还是学习上遇到困难时，都给 了我莫大的鼓励和帮助。因为他们，我才能在科研的道路上欢笑前进。 再次，感谢我的室友，我的同窗，感谢其他给予我帮助的人们，两年多来， 我们共同进步，共同走向未来。 最后，我要向我的父母表示深深的感谢,你们的支持与鼓励是我奋斗的动 力！ 陈晴 2013 年 11 月 I 磁电层合材料的磁电双峰效应研究及器件设计 摘要：以巨磁致伸缩材料 Terfenol-D 与压电材料 PZT 等复合而成的磁电层合结 构由于具有强磁电耦合效应近年来成为一个研究热点。低频状态下，当外加交 变磁场频率达到层合结构的固有振动频率时，层合结构处于谐振状态，磁电耦 合效应大大加强。由于磁电复合材料的复杂非线性磁力电耦合效应，磁电效应 随磁场的变化曲线出现双峰现象，尚且没有完善的理论模型可以解释。此外， 在谐振磁电耦合过程中，存在磁损耗、电损耗、机械损耗等，尤其是机械损耗， 大大减弱了磁电耦合效应的强度。微波频段下，磁电层合材料主要是用来制备 磁电可调的微波器件，以满足工作频段可选的需求。 针对上述问题，本文开展了以下工作： 首先，针对谐振状态下 L-T 模式 Terfenol-D/PZT/Terfenol-D 磁电层合结构 的机械损耗随磁场非线性变化的实验现象，采用一个能完整描述超磁致伸缩材 料中复杂力磁耦合特点的非线性磁致伸缩本构关系，采用等效电路法，建立起 了一个同时考虑静磁场和预应力影响的磁电层合结构的非线性机械损耗模型。 通过该理论模型预测的有效机械损耗、谐振/反谐振频率随外加磁场变化的结果 都与实验测量结果在定量上和定性上均吻合良好，证明本文所建模型具有一定 的有效性与可靠性。在此基础上，通过该模型预测预应力对机械损耗的影响， 在小于零偏磁场谐振频率时，选择小于临界谐振磁场的偏磁场实现谐振可以有 效降低机械损耗，在频率 98.9kHz 时机械损耗减小了 62.1%。在大于零偏磁场 谐振频率时，选择施加预压应力可以有效降低机械损耗，在频率 103kHz 时加 -18Mpa 的压应力机械损耗减小了 51.2%。 其次，针对 L-T 模式磁电层合材料在谐振状态下出现双峰磁电效应的实验 现象，在建立了的磁-机-电谐振等效电路基础上，根据欧姆定律，给出综合考 虑预应力、静磁场、