（材料加工工程专业论文）磁电复合材料的制备及其性能研究.pdf

南京航空航天大学博士学位论文 摘要 目前，人们所研究的磁电复合材料主要存在以下几个问题。第一，界面情况对层状磁电 复合材料的磁电效应起着至关重要的影响。但是，目前层状磁电复合材料的制备方法如黏结法 和电镀法等都不可避免的引入中间层，影响了磁致伸缩层和压电层之间的磁电耦合。第二，在 1 至1 5 0k h z 内，弯曲振动模式的两层磁电复合材料一般具有两个谐振频率，但是其谐振磁电 电压系数只能一个大，而另一个相对较小。第三，目前所研究的非界面结合型磁电复合材料的 结构都过于复杂，不利于制各实际器件。针对以上几个问题，本文以制备出具有巨磁电效应的 磁电复合材料为目标，采用化学镀法制备出了磁致伸缩相和压电相直接结合且两相达到足够厚 度的n i p z t n i 层状磁电复合材料，消除了中间层的影响，实现了理想的磁电耦合；采用化学 镀和黏结法制备出n 冲z t 厂r b f e 2 负磁致伸缩压电正磁致伸缩结构的层状磁电复合材料，获得 了两个明显的谐振峰；采用黏结法制备出非界面结合型磁电复合双矩形框结构和两端结合型磁 电复合结构，简化了结构，有利于器件制备。 本文首先分析化学镀镍的热力学可能性和反应机理，以化学镀工艺参数如镀液p h 值、温 度等为切入点，研究化学镀镍的热力学与动力学过程及其对镀镍层显微组织的影响，进而研究 镀镍层组织对镀层磁性能和磁致伸缩性能的影响规律，以三层磁电复合材料为例研究影响化学 镀热力学与动力学过程的镀液p h 值与温度等工艺参数对磁电复合材料的磁电性能的影响规律。 结果表明，在合理的工艺参数范围内，在p z t 表面化学镀纯n i 是完全可行的；影响化学镀热 力学与动力学过程的工艺参数如镀液p h 值和温度等的升高，使得形核率提高、扩散加快，有 利于细化镀层晶粒和提高沉积效率，进而改善镀层的软磁性能，提高镀层的磁致伸缩系数，最 终获得了具有更好的磁电性能的磁电复合材料。 其次，利用化学镀制备了三层和五层平板状、三层弧形、三层圆环等结构的磁电复合材料， 研究了尺寸、界面情况、曲率和形状等结构因素对层状磁电复合材料的磁电性能的影响规律。 结果表明，随着长度或圆环直径尺寸的增加，磁电电压系数升高而谐振频率减小；随着界面粗 糙度的增加，化学镀制备的磁电复合材料的磁电电压系数逐渐增大；随着界面的增加，磁电复 合材料的磁电性能减弱；随着圆弧半径的增加( 曲率的减小) ，磁电电压系数逐渐增大，而谐振 频率逐渐减小：由于n i 环的电磁感应效应与p z t 环的压电效应耦合产生压感效应，在高偏置 磁场下，轴向模式的圆环状磁电复合材料的谐振磁电电压系数随着偏置磁场的增加而持续增大。 第三，本文将负磁致伸缩材料n i 、正磁致伸缩材料t b f e 2 和压电材料p z t 制备成负磁致伸 缩压电正磁致伸缩结构三层磁电复合材料，通过与两层和三层传统磁电复合材料进行对比分 析，研究其磁电性能。结果表明，n i p z l 仃b f e 2 三层磁电复合材料出现两个比较大的谐振峰， 磁电复合材料的制各及其性能研究 t b f e ：层增强了一阶弯曲谐振峰而n i 层增强了一阶平面声波谐振峰，其工作机制是一种加强型 的弯曲振动机制；随着n i 层厚度的增加，t b f e 2 层所控制的一阶弯曲谐振峰值变化不大，而 n i 层所控制的一阶平面声波谐振峰值逐渐增大：一阶弯曲谐振频率和一阶平面声波谐振频率也 随n i 层厚度的增加而逐渐增大。 本文还设计了非界面结合型磁电复合双矩形框结构和两端结合型磁电复合结构，并研究了 其磁电性能。结果表明，对于磁电复合双矩形框结构，正、负磁致伸缩相对其磁电性能影响很 大，p z t 层的尺寸对谐振频率和谐振磁电电压系数都有着很大的影响，而t b f e 2 层的尺寸只对 谐振磁电电压系数有着显著影响，对谐振频率的影响不大：对于两端结合型磁电复合结构，其 理想状态下的磁电电压系数只受体系材料特性和结构尺寸的影响，磁电电压系数与频率的关系 图中出现多个谐振峰；受结构参数的影响，t b f e 2 p z t 爪f e 2 层状磁电复合结构的磁电电压系数 和谐振频率都小于p z t 厂r b f e 2 p z t 层状磁电复合结构中的值；两端结合型p z t 厂r b f e 2 p z t 层状 磁电复合结构在第三弯曲谐振频率石= 6 9 5k h z 时，仅e 3 l 得到最大谐振峰值9 9v c m o e ，而 在第一平面声波谐振频率石= 8 5 5k h z 时，a e ，3 1 得到最大谐振峰值1 0 5v c m o e 。 关键词：磁电效应，化学镀，磁致伸缩，谐振频率，界面结合，非界面结合 i i 南京航空航天大学博士学位论文 a b s t r a c t t h e r ee x i s ts o m ep r o b l e m so nt h es t u d yo fm a g n e t o e l e c t r i c ( m e ) c o m p o s i t e sa tp r e s e n t f i r s t l y ， t h em 延如e t i c m e c h a n i c a l e l e c t r i ct r 肌s f o mo fl a y e r e dm ec o m p o s i t e si s a c h i e v e db yi n t e r f a c e c o u p l i n gb e 觚e e nm a 印e t o s 仃i c t i v ea n dp i e z o e l e c t r i cl a y e r s t h e r e f o r e ，t h ei m e 仃a c ec o u p l i n gi sak e y f a c t o rt h a td e t e m i l l e sm em e c o u p l i n go fl a y e r e dc o m p o s i t e s h o w e v e r ，f o rm o s to fl a y e r e dm e m a t e r i a l s ，t h em a 鄹e t o s t r i c t i v ea n dt h ep i e z o e l e c 仃i c1 a y e r sa r es e p a r a t e db ya i le p o x yb o n d i n gl a y e r ， o rt h es u r f a c e so ft l l ep i e z o e l e c t r i cl a y e rm u s tb em e t a l l i z e dw i t hn o n m a g n e t o s 仃i c t i v el a y e r sw h i c h r e d u c et h em e c o u p l i n g s e c o n d 】y ，t h e r ea r e 似or e s o n a n c e 舶q u e n c i e si n1 15 0k h zf o rm 匣b i l a y e r s h o w e v e r ，o n l y o n eo ft h em e v o l t a g ec o e f f i c i e n t si sl a 玛ee n o u g h f i n a l l y ，n o n i m e r f a c eb o n d i n g 啪e m e c o m p o s i t e sh a v er e c e n t l ys t i m u l a t e dt r e m e n d o u sf u n d a r n e n t a la n dp r a c t i c a l i n t e r e s t sa st h e i rm e c o u p l i n gi sn o ta c h i e v e db yi n t e r f a c eb o n d i n g h o w e v e r ，t h es t r u c t u r eo ft h en o n i m e r f a c eb o n d i n g t ) ，p em ec o m p o s i t e si st o oc o m p l e xt ob eu s e df o rd e v i c e s t h eg o a lo ft h i st h e s i si st oo b t a i nt h e c o m p o s i t e sw i t hg i a n tm ec o u p l i n g t os o l v et h ep r o b l e mm e n t i o n e da b o v e ，t h ee l e c 仃o l e s sd e p o s i t i o n i su s e dt op r e p a r el a y e r e dm e c o m p o s i t e sw i t hd e s i r e dt h i c k n e s sw i t hn e i t h e re l e c t r o d e sn o rb o n d i n g l a y e r s t h em a 驴e t o s t r i c t i v el a y e r sa r ei nd i r e c tc o n t a c tw i t ht h ep i e z o e l e c 们cl a y e r s t h e n i p z t 厂i b f e 2 仃i l a y e r sa r ea l s op r e p a r e dw i t ht h en e g a t i v e m 弘e l o s t r i c t i v e p i e z o e l e c t r i c p o s i t i v e ma _ 印e t o s t r i c t i v el a y e r e ds t r u c t u r ea n dt 、】l ，or e m a r k a b l er e s o n a n c ep e a k sh a v eb e e no b s e r v e d t h eb i r e c t a l l g u l a rs 仃u c t u r ea j l dt h em es t m c t u r ew i t he n d - b o n d i n gh a v eb e e np r e p a r e d ，t h es i m p l e s n u c t u r e so fw h i c hb e n e f i tt h e i ra p p l i c a t i o ni nd e v i c e s t h et h e 肌o d ) ，n 锄i c sa i l dr e a c t i o nm e c h a n i s mo fe l e c t r o l e s sn i d e p o s i t i o nh a v eb e e ns t u d i e d t h ei n n u e n c eo fm et h e n n o d y n 锄i c sa n dk i n e t i c so fe l e c t r o l e s s d e p o s i t i o np r o c e s s e so nt h e m i c r o s t r u c t u r e ，m a g n e t i ca n dm a g n e t o s t r i c t i v ep r o p e r t i e so ft h ed e p o s i t e dn il a y e ra j l dt h em e c o u p l i n go fn i p z t n it r i l a y e r sh a sa i s ob e e ni n v e s t i g a t e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a _ t ，n ic a nb e s u c c e s s m l l yd e p o s i t e do nt h es u r f a c eo fp z t1 a y e r sw i t h o u ta n yi m p u r i t i e s w i t ht h ei n c r e a s eo fp h a n d o rt e m p e r a t u r e ，廿1 en u c l e a t i o nr a t eo fn ia n dt h ed i f 如s i v i t ) ，o fn i 2 + i n c r e a s e ，w h i c hl e a d st oa n i n c r e a s ei nt h ed 印o s i t i o nr a t ea n dad e c r e a s eo ft h eg r a i ns i z ei nt h ed e p o s i t e dn i1 a y e r s n e r e f o r e ， t h es o rm a g n e t i ca 1 1 dm 砸丑e t o s 仃i c t i v ep r o p e r t i e so ft h ed e p o s i t e dn il a y e r sa r ei m p r o v e da n dt h e c o m p o s i t e sw i t hs 仃d n gm ec o u p l i n ga r eo b t a i n e d t bs t u d yt h ei n f u e n c eo ft h es t r u c t u r ef a c t o r ss u c ha st h es i z e ，t h ei n t e r f a c ec o n d i t i o n ，t h e c u r v a t u r ea j l ds h a p eo nt h em ee 丑e c to fl a y e r e dc o m p o s i t e sp r e p a r e db ye l e c t r o l e s sd e p o s i t i o n ，t h e m e c o u p l i n go ff l 蠢k e l i k et r i l a y e r e d ，a r cs h a p e d 仃i l a y e r e da n dc y l i n d r i c a l t r i l a y e r e dm ec o m p o s i t e s i i i 磁电复合材料的制各及其性能研究 h a v eb e e ni n v e s t i g a t e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a t ，w i t ht h ei n c r e 2 l s eo fl e n g 1o rc y l i n d e rd i 锄e t e r ，t h e m ev o l t a g ec o e 伍c i e n ti i l c r e a s e s ，w h i l em er e s o n a n c ef r e q u e n c yd e c r e a l s e s t h em ee 毹c to fm e c o m p o s i t e si n c r e a s e sa l st h ei n t e r f a c er o u g h l l e s si n c r e a s e s w i t ha r cr a d i u si n c r e a s i n g ( c u r v a t u r e d e c r e a s i n g ) ，t h er e s o n a n c ef 沁q u e n c yo fl a y e r e da r cn i p z t ，n ic o m p o s i t e s 目a d u a l l yd e c r e a s e s ，w h i l e t h em a ) 【i m u mo ft h em e v 0 1 t a g ec o e 伍c i e mo ft h ec o m p o s i t e si n c r e a s e sm o n o t o n o u s l y t h em e v 0 1 t a g ec o e 伍c i e m m c r e a s e s1 i n e a r l yw i t hh i g hs t a t i cm a g n e t i cf i e l db e c a u s eo ft h ep i e z o i n d u c t i v e e f r e c t0 fn i p z l ic y l i n d r i c a ll a y e r e dc o m p o s i t e s ，w h i c hr e s u l t sf 两mt h ec o m b i n a t i o no ft h e e l e c t r o m a g n e t i ci n d u c t i o ni nt h en ic y l i n d r i c a l l a y e r sa j l dt h ep i e z o e l e c 廿i ce 位c ti i lm ep z tc y l i n d e r t h e n e g a t i v e m a g n e t o s t r i c t i v e p i e z o e l e c t r i c p o s i t i v e - m a g n e t o s t r i c t i v el a y e r e dm es t r u c t u r e s m a d eu po fn i ，p z ta i l dt b f e 2l a y e r sh a v eb e e np r e p a r e d c o m p a r e dt ot h eh 伍c o u p l i n go f b i l a y e r s a 1 1 d 仃i l a y e r s ，t h em e e 行e c to fn i p z t 厂r b f e 2t r i l a y e r sh a sb e e ns t u d i e d t h e r ea p p e a r 俩or e m 破a b l e r e s o n a n c ep e a k so f 魄，3 1i nn 卯z t t b f e 2 仃i l a y e r s t h ef i r s tb e n d i n gr e s o n a n c e 仔e q u e n c yi s c o n t r o l l e db yt b f e 2l a y e r w | h i l et h ef i r s tp l a n a ra c o u s t i cr e s o n a n c ef r e q u e n c yi sc o n 仃0 1 l e db yn i l a y e r t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fn i 伊z t 厂r b f e 2t r i l a y e r si si nab e n d i n gv i b r a t i o nm o d e w i 也t h ei n c r e a s eo f t h et h i c k n e s so fn i1 a y e r ，t h em ev o l t a g ec o e 面c i e n ta tt h ef i r s tb e n d i n gr e s o n a n c ef 沱q u e n c yc h a l l g e s v e d ，f e w l y ，w h i l et h em ev o l t a g ec o e 钸c i e n ta tt h ef j r s tp l a n a ra c o u s t i cr e s o n a i l c e 舶q u e n c yi n c r e a s e s r e m a r l ( a b l y t h ef i r s tb e n d i n gr e s o n a l l c ef - r e q u e n c ya n dt h ef i r s tp l a n a ra c o u s t i cr e s o n a n c en e q u e n c y i n c r e a s ea st h et h i c k n e s so f n il a y e ri n c r e a s e s t h e ! e 髓c to ft h eb i r e c t a n g u l a rs t m c t u r ea n dt h em es t m c t u r ew i t he n d - b o n d i n gh a v eb e e n s t u d i e d t h em 哐c o u p l i n go ft h e s es t m c t u r e sa r ea c h i e v e dw i t h o u ti n t e a c ec o u p l i n ga n do n l y i n n u e n c e db yp r o p e n i e so fc o m p o s i t em a t e r i a l s ，t h es i z ea 1 1 ds t l l l c t u r eo ft 1 1 ec o m p o s i t e s t h em 匣 e 髋c to ft h eb i r e c t a l l g u l a rs t r u c t u r ei sa 艉c t e d b yn e g a t i v ea 1 1 dp o s i t i v em a 舯e t o s t r i c t i v ef l a l ( e s t h e r e s o n a l l c e 舶q u e n c ya 1 1 dt h em a x i m u mm ev o l t a g ec o e 币c i e n to ft h eb i r e c t a i l g u l a rm ec o m p o s i t e s t m c t u r ea r ei n n u e n c e db yt h el e n 舀ho fp z tf l a l 【e s t h em a x i m u mm e v o l t a g ec o e 伍c i e n ti sa l s o i n f l u e n c e db yt h el e n g t ho ft b f e 2f l a l ( e s ，b u tt h er e s o n a n c e 疗e q u e n c yi sn o ta 艉c t e db yt h el e n g t ho f t b f e 2n a k e s t h e r ea r es e v e r a lr e s o n a n c ep e a l ( si n 1 - 15 0l ( h zf o rt h em es t m c t u r ew i t he n d _ b o n d i n g i nt h ep z 珊f e 2 p z tc o m p o s i t es t m c t u r eal a r g em ev 0 1 t a g ec o e 衢c i e n t 啦，3 1a l s h i g ha s1 0 5 v c m 一- o e c a i lb eo b t a i n e da tt h ef i r s tp l a j l a ra c o u s t i cr e s o n a n c e 舶q u e n c yo f 厂= 8 5 5k h za n dt h e m a ) 【i m u mv a l u eo f 仅e ，3 1 = 9 9v c m 一o e 一1a t6 9 5i d h zf o rt h em i r db e n d i n gr e s o n a n c ew a sa l s o o b s e r v e d k e y w o r d s ：m ee 脏c t ，e l e c t r 0 1 e s sd e p o s i t i o n ，m a g n e t q s t r i c t i o n ，r e s o n a n c e 舶q u e n c y ，i n t e r f - a c e b o n d i n g ，n o n i n t e r f a c eb o n d i n g 磁电复合材料的制备及其性能研究 图表清单 图目录 图1 - l 铁电性、铁磁性和狭义多铁性( 磁电效应) 的定义图示1 图1 2b i f e 0 3 的结构示意图3 图1 3 铁、钴、镍等的磁致伸缩性能图4 图1 4 铁的磁化强度和磁致伸缩系数随磁场的变化情况5 图1 5 磁化过程中磁畴转动并伴随着自发形变轴的旋转5 图1 6 压电效应机理示意图6 图1 7t e m n 0 1 d p m n p t 厂1 e r f e n o l d 层状磁电材料的磁电电压与交变磁场的关系图8 图1 8 环形磁电电流传感器8 图1 9y i g 伊z t 磁电滤波器9 图1 - 1 0 磁电复合材料的结构示意图( a ) 0 3 型颗粒磁电复合材料；( b ) 2 2 型层状磁电复合材 料；( c ) 1 3 型柱状阵列磁电复合材料1 0 图1 1l 不同铁氧体含量的n f o 伊z t 复合材料磁电电压系数随烧结温度的变化情况11 图1 1 21 2 5 0 烧结2 小时条件下，不同铁氧体含量的n f o p z t 复合材料磁电电压系数随磁场 的变化情况一l1 图1 1 3c o f e 2 0 4 p z t 颗粒复合薄膜的x r d ( a ) 和s e m ( b ) 图1 2 图1 1 4 陶瓷基颗粒磁电复合材料的理想结构示意图l2 图1 1 5 双层n i f e 2 0 4 p z t 磁电复合厚膜横向磁电电压系数随直流磁场的变化情况1 3 图1 1 6p z t 烈i f e 2 0 4 p z t 三层磁电复合材料的横截面s e m 图1 3 图1 1 7t e 疵n 0 1 d p z t 厂】e m n o l d 层状磁电复合材料的实物图1 4 图1 1 8 不同p z t 层厚度的t e r f e n 0 1 d p z t 厂1 r f e n 0 1 d 层状磁电复合材料的磁电电压系数随磁场 的变化情况：1 5 图1 1 9n 冲z t y n i 、c o p z l c o 、f e p z t y f e 层状磁电复合材料磁电电压系数随交变磁场频率的 变化情况15 图1 2 0 不同磁化方向n 卯z t n i 层状磁电复合材料的磁电电压系数随偏置磁场的变化情况1 6 图1 2 1n i p z t n i 层状磁电复合材料的磁电电压系数( a ) 逝引和( b ) o c e 3 3 随交变磁场频率的 变化情况，插图为不同n i 层厚度6 c e 3 1 随频率的变化情况1 7 图1 2 2n i p z 州i 层状磁电复合材料的谐振磁电电压系数随几何尺寸的变化情况1 7 图1 2 3 圆环状n i p z t 层状磁电复合材料的( a ) 结构示意图和( b ) 谐振磁电电压系数随偏置 v i i i 南京航空航天大学博士学位论文 磁场的变化情况一18 图1 2 4t e 疵n o l d p z t 门m n 0 1 d 层状磁电复合材料的磁电电压系数随磁致伸缩层与样品总厚 度比( ，t 盯化) 的变化情况一1 9 图1 2 50 3 型三相磁电复合材料的结构示意图1 9 图1 2 6 皿疵n o l d ( 0 7 们p z t o 3 p v d f 三相磁电复合材料的磁电电压系数d 邸3 随( a ) 偏置磁场 的变化情况和( b ) t e m n o l d 的体积分数7 r 的变化情况2 0 图1 2 7t e r f e n 0 1 一d p z t p v d f 三相层状磁电复合材料的结构示意图2 1 图1 2 8 不同压电相与样品厚度比( f 。亿) 的t e r f e n o l d p z 仰v d f 三相层状磁电复合材料的磁 电电压系数啦3 l 随( a ) 偏置磁场和( b ) 交变磁场频率的变化情况2 l 图1 2 9p z t 1 奄疵n 0 1 d 环氧树脂1 3 型三相磁电复合材料的结构示意图2 2 图1 - 3 0p z t t e 疵n 0 1 d 环氧树脂1 3 型三相磁电复合材料的磁电电压系数随( a ) 偏置磁场和( b ) 交变磁场频率的变化情况2 2 图1 3 1 磁电复合薄膜的( a ) 结构示意图和( b ) 磁电电压系数随偏置磁场的变化情况2 3 图1 3 2 ( a ) p c p c 和( b ) c p c p 纳米薄膜结构的表面a f m 图；( c ) p c p c 和( d ) c p c p 纳米 薄膜结构的横截面s e m 图2 4 图1 3 3 不同沉积次序所得到的磁电复合薄膜的横截面s e m 图一2 4 图1 3 4 不同堆垛周期的p z t c f o 多层复合薄膜的( a ) 结构示意图和( b ) 磁电电压系数随偏 置磁场的变化情况2 5 图1 3 5 界面结合型层状磁电复合材料的典型结构2 6 图1 3 6p z t n d f e b 磁电复合悬臂梁结构的( a ) 样品和( b ) 工作模式图2 7 图1 3 7p z l m d f e b 磁电复合悬臂梁结构的磁电电压系数和磁电电荷系数随交变磁场频率的变 化关系2 7 图1 3 8 门闩夹持型磁电复合结构的示意图2 7 图1 3 9 门闩夹持型磁电复合结构的磁电转换系数随偏置磁场的变化情况2 8 图1 4 0 半环状磁电复合结构的磁电电压系数随( a ) 偏置磁场和( b ) 交变磁场频率的变化情况， 插图为半环状磁电复合结构的示意图2 8 图1 41 磁铁钹螺线管结构磁电复合结构的示意图一2 9 图2 1 磁电测试系统( a ) 实物照片和( b ) 结构示意图3 8 图3 1 化学镀前处理工艺及化学镀镍过程示意图一4 2 图3 2 化学镀n i 层的e d s 图谱4 2 图3 3 不同( a ) p h 和( b ) 温度t 下化学镀n i 层的x l m 谱，插图为致密度和由谢乐公式计 算得到的晶粒尺寸的变化情况4 3 磁电复合材料的制备及其性能研究 图3 4t = 3 6 3k 时不同p h 值下镀n i 层的t e m 图，插图为对应的选区电子衍射图。( a ) 1 0 3 ， ( b ) 1 0 5 ，( c ) 1 0 7 ，( d ) 1 1 0 4 4 图3 5p h = 1 0 7 时不同温度t 值下镀n i 层的t e m 图，插图为对应的选区电子衍射图。( a ) 3 5 5 5 k ，( b ) 3 5 8k ，( c ) 3 6 0 5k ，( d ) 3 6 3k 4 5 图3 6 不同( a ) p h 和( b ) 温度t 下化学镀n i 层厚度随时间的变化情况，插图为沉积速度的 变化情况4 6 图3 7 不同( a ) p h 和( b ) 温度t 下化学镀n i 层的磁滞回线4 8 图3 8 不同( a ) p h 和( b ) 温度t 下化学镀n i 层的磁致伸缩曲线，插图为饱和磁致伸缩随工 艺参数的变化情况4 9 图3 9n i p z 州i 三层平板状磁电复合材料的结构示意图5 0 图3 1 0n i p z l 烈i 三层平板状磁电复合材料的横截面s e m 图5 0 图3 1 1p z t 表面化学镀n i 层划痕测试图谱5 0 图3 1 2 不同( a ) p h 和( b ) 温度t 下n i p z 硎i 三层平板状磁电复合材料的磁电电压系数仅e 3 l 随偏置磁场乒的变化情况51 图3 1 3 不同( a ) p h 和( b ) 温度t 下n 冲z t n i 三层平板状磁电复合材料的磁电电压系数0 【e 3 1 随交变磁场频率厂的变化情况5 2 图4 1n 冲z t n i 三层平板状磁电复合材料的磁电电压系数a e ，3 l 随交变磁场频率厂的变化情况， 插图为压电材料p z t 的阻抗随频率厂的变化情况5 5 图4 2 ( a ) 不同长度的n i p z t n i 三层平板状磁电复合材料的磁电电压系数d e - 3 1 随交变磁场频 率的变化情况；( b ) 谐振频率石和谐振磁电电压系数仅e m 随材料长度的变化情况5 6 图4 3n i p z 硎i 三层平板状磁电复合材料的谐振磁电电压系数艇3 l 随层厚比，n i ( 硝i + f p z t ) 的变 化情况，空心圆为参考文献 1 1 9 中通过电镀获得的同结构材料的磁电电压系数一5 7 图4 4 ( a ) 、( b ) 、( c ) 分别对应于样品l 、2 、3 中的p z t 的表面金相图；( d ) 、( e ) 、( f ) 分别 为具有不同界面粗糙度的n i p z t n i 三层平板状磁电复合材料l 3 样品1 、2 、3 的横截面s e m 图5 9 图4 5n i p z 硎i 三层平板状磁电复合材料的磁电电压系数a e 3 l 随( a ) 偏置磁场凰。和( b ) 交 变磁场频率厂的变化情况6 0 图4 6n i p z t 多层平板状磁电复合材料的结构示意图6 1 图4 7n i p z t 五层平板状磁电复合材料( l 5 a ) 的横截面s e m 图6 1 图4 8n i p z t 多层平板状磁电复合材料的磁电电压系数仅e 3 l 随( a ) 偏置磁场上k 和( b ) 交变 磁场频率厂的变化情况6 2 图4 9n i p z t 多层平板状磁电复合材料的磁电转换系数魄3 l 随交变磁场频率厂的变化情况6 3 x 南京航空航天大学博士学位论文 图4 1 0n i p z t 五层平板状磁电复合材料( l 5 b ) 的磁电转换系数准3 1 随偏置磁场e k 和交变磁 场频率厂变化的三维立体图6 3 图4 1 1n i p z t n i 三层弧形磁电复合材料的结构示意图6 4 图4 1 2 n i p z t n i 三层弧形磁电复合材料( ，= 3 8m m 、r = 1 1m m ) 的磁电电压系数雉，p 和钲v 随( a ) 偏置磁场魄和( b ) 交变磁场频率厂的变化情况6 5 图4 1 3n i p z 州i 三层弧形磁电复合材料的谐振磁电电压系数仅e ，p 和谐振频率石随( a ) 圆弧长 度( 半径固定为1 1 m m ) 和( b ) 圆弧半径( 长度固定为2 8 m m ) 的变化情况一6 6 图4 1 4n i p z t n i 三层圆环状磁电复合材料的结构示意图6 7 图4 1 5n i p z t n i 三层圆环状磁电复合材料( d = 2 3 5m m ) 的轴向磁电电压系数。c e a 随( a ) 偏置磁场凰。和( b ) 交变磁场频率的变化情况6 8 图4 1 6n i p z 州i 三层圆环状磁电复合材料的轴向谐振磁电电压系数随偏置磁场的变化情况6 9 图4 1 7 带有银电极的圆环状压电材料p z t ( d = 2 3 5m m ) 的轴向谐振磁电电压系数随偏置磁 场的变化情况一7 0 图4 1 8n i p z t 瓜i 三层圆环状磁电复合材料( d = 2 3 5m m ) 的径向磁电电压系数仅e v 随( a ) 偏置磁场风。和( b ) 交变磁场频率厂的变化情况7 1 图4 1 9n i p z t n i 三层圆环状磁电复合材料( d = 2 3 5m m ) 的径向谐振磁电电压系数随偏置磁 场的变化情况7l 图4 2 0n i p z t n i 三层圆环状磁电复合材料的( a ) 谐振轴、径向磁电电压系数和( b ) 谐振频 率随圆环直径的变化情况一7 3 图5 1( a ) n i p z t 、( b ) t b f e 2 p z t 、( c ) n i p z t n i 、( d ) t b f e 2 p z t 厂r b f e 2 和( e ) n i p z t 厂