利用磁电效应调节Rosen 压电变压器升压比

给出了Rosen 型压电变压器和Terfenol-D 磁致伸缩材料构成的复合变压器特征. 通过施加磁场, 利用磁电和逆磁电效应, 调节该复合器件的升压比. 升压比与磁场表现出非线性关系, 这一特征是由于磁电耦合随外磁场的非线性变化规律支配的.     

形状退磁因子对层状磁电复合材料的影响

传统层状磁电复合材料理论模型认为层状磁电复合材料的磁电性能只与压电和压磁原材料以及层厚比有关, 而与其面内尺寸(长度和宽度)无关. 研究了面内尺寸对层状磁电复合材料的磁电性能的影响. 结果表明, 层状磁电复合材料的磁电性能强烈依赖于其面内尺寸, 根本原因是由于尺寸的变化导致了形状退磁因子的变化, 从而引起磁电性能的变化. 从理论和实验上证明了随着面内尺寸的变化, 磁电性能将明显变化. 随着面内尺寸的增加, 层状磁电复合材料的磁电性能将逐渐增加. 这可为磁电器件的合理设计提供依据并推动磁电器件的发展.     

基于磁电复合材料的四态存储器

四态存储器是一种能够在一个存储单元内记录四种信息状态的新型存储器. 采用磁电复合材料Co/PZT制作了一个四态存储器的存储单元原型, 该存储单元的磁电输出信号随外磁场变化存在明显的滞回现象. 根据磁电滞回现象, 提出了施加偏置磁场的读取原理, 实际测试结果给出了区别明显的15.8 μV, -4.4 μV, 5.5 μV, -11.3 μV四种信号, 初步演示了磁电复合材料用作四态存储器的可行性.     

LC共振型复合结构丝的高频巨磁电抗效应

用化学镀的方法制备了LC共振型BeCu/绝缘层/CoP复合结构丝,由其自身构成串联型LCR共振回路.由于LC共振,该复合结构丝在共振频率附近出现非常大的高频巨磁电抗效应,如长度为5cm复合结构丝在频率f=58924500Hz时,(△X/X)max=1.08×107%.共振频率随长度的增加而降低,通过改变共振频率从而控制高频巨磁电抗效应出现的频率.对该复合结构丝的巨磁电抗效应共振机理作了分析.     

电化学制备铁磁金属纳米点接触的磁电阻

运用机械抛光技术在单面敷铜板表面制备了由两根宏观金属铜薄膜电极组成的"T"形结构微米间隙,在"T"形结构微米间隙之间运用电阻负反馈控制电化学过程的方法制备了铜电极纳米间隙,在纳米间隙之间,同样运用电阻负反馈控制电化学过程的方法制备了不同大小接触面积的具有极小磁致伸缩效应特性的Ni80Fe20铁磁金属纳米点接触.测量和比较了不同接触面积的Ni80Fe20纳米点接触的磁电阻,结果表明Ni80Fe20纳米点接触的磁电阻与接触面积之间没有必然关系;在铜电极纳米间隙之间制备的Ni80Fe20纳米点接触可以减少在测量磁电阻时磁致伸缩效应对所测量的磁电阻效应的影响,而它的磁电阻大小与具有明显磁致伸缩效应的Ni纳米点接触的磁电阻大小相近,实验结果一定程度上说明了铁磁金属纳米点接触的弹道磁电阻效应与磁致伸缩效应的关系极小,但由于运用各种方法制备的铁磁金属纳米点接触在本质上都属于两个各向异性微观界面之间的机械点接触行为,所以并不能排除在测量磁电阻时随外加磁场变化而变化的两个点接触界面之间相互作用力引起的电阻变化对所测量的弹道磁电阻效应的影响.     

镀NiFeB膜的绝缘层包裹BeCu丝的巨磁阻抗效应和低频磁电阻效应

用化学镀方法制备了镀NiFeB膜的绝缘层包裹BeCu复合结构丝. 该复合结构丝在较低频率驱动电流下有较大的巨磁阻抗效应. 在10 kHz时磁阻抗效应(ΔZ/Z)_max达31.4%, 500 kHz时(ΔZ/Z)_max为250%. 同时在较低频率驱动电流下出现了磁电阻效应, 当频率为540 Hz时磁电阻效应(ΔR/R)_max为–8.5%, 10 kHz时(ΔR/R)_max达38.7%. 由于软磁NiFeB层的作用, 当交流驱动电流通过BeCu导电丝时产生了等效电阻和电感, NiFeB复合丝的巨磁阻抗效应特性和低频磁电阻效应与此密切相关.     

多铁性磁电复合薄膜

多铁性材料由于其不但具有单一的铁性(如铁电性、铁磁性和铁弹性), 而且由于不同铁性之间的耦合协同作用会产生新的磁电效应, 在换能器、传感器、存储器等高技术领域具有巨大应用潜力. 其中, 磁电复合薄膜由于具有良好的微电子工艺兼容特性和良好的性能, 并存在许多尚未解决的物理问题, 使得磁电复合薄膜的研究成为众多研究者关注的热点. 从实验和理论两个方面介绍了目前多铁性磁电复合薄膜的研究现状. 综述了1-3柱状结构、0-3颗粒复合结构和2-2叠层结构等几种典型结构的磁电复合薄膜的实验制备和性能, 同时介绍了用格林函数方法、相场模型和从头算方法等几种理论工具对磁电复合薄膜模拟计算的结果. 最后, 指出了目前存在的问题和发展趋势.     

GaInP/GaAs/Ge三结叠层光电池光谱响应的温度特性

利用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)制备了转化效率达27.1%的GaInP/GaAs/Ge三结叠层电池, 并对其光谱响应的温度特性进行了测量研究. 通过光谱响应曲线观察到各子电池的吸收边随温度升高发生红移, 这主要归因于电池材料禁带宽度的变窄效应. 根据光谱响应数据计算得到的GaInP/GaAs/Ge叠层电池各子电池在室温下的短路电流密度分别为12.9, 13.7和17 mA/cm², 且叠层电池的短路电流密度的温度系数为8.9 μA/(cm²·℃). 最后, 根据叠层电池的串联结构推导了其电压温度系数为-6.27 mV/℃.     

高温压电复合材料换能器

探讨了高温压电复合材料超声换能器中材料的温度性能问题.首先测量了一种改性的具有较高居里温度的压电陶瓷和一种具有耐高温性能的聚合物的材料常数随温度的变化曲线,然后利用ANSYS有限元软件模拟计算了1-3型压电复合材料的谐振频率和阻抗特性等受温度的影响,并根据优化仿真模型制备了1-3型高温压电复合材料晶片及相应的超声换能器.研究表明,所研制的1-3复合晶片性能参数随温度变化的结果和数值模拟预期的结果吻合较好.与非复合的压电陶瓷换能器相比,采用1-3复合结构的高温压电换能器具有更宽的频带和更高的灵敏度.本项工作对于研发宽频带、高灵敏度的耐高温压电复合材料超声换能器具有参考价值.     

FeCrSiB纳米晶薄膜中的纵向和垂直巨磁电感效应

材料的交流阻抗随外加直流磁场的改变而变化的特性称磁阻抗效应.1992年日本名古屋大学毛利佳年雄教授等人最先报道了这一现象.最初对这一效应研究得最多的是具有零或负磁致伸缩系数的钴基非晶态软磁合金细丝,特别是长度只有几毫米的小尺寸细丝.当丝通以高频电流时,丝两端感生的电压振幅随沿丝长方向所加外磁场强度的改变而变化,这种变化无磁滞效应,是快响应、高灵敏度的.对这种特别大的磁阻抗效应人们称之为巨磁阻抗效应.在趋肤效应可以忽略的低频情况下,阻抗中的电阻分量受外磁场影响很小,交流电压的磁场关系主要来自细丝的电感分量,因而这时称巨磁电感效应.由于巨磁阻抗效应在交流磁传感器件中有着广阔的应用前景,因而它一出现就受到了人们的重视,目前所研究的材料品种已扩大到非晶薄带和薄膜中,而纳米晶合金薄膜中的巨磁阻抗效应至今还未见报道.     

非晶合金双绕复合环样的磁性研究

零磁致伸缩的钴基非晶合金具有较高的导磁率而饱和磁感比较低;相反,铁基非晶合金的导磁率较低但饱和磁感较高。因此,若能制成上述两种非晶合金的复合材料,就有可能得到一种兼有高导磁和高磁感的软磁材料。但是,用熔体快淬法制成由两种成分熔焊在一起的复合条带,在工艺上是很复杂的,一时难于实现。     

钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3巨磁电阻p-n结

用激光分子束外延成功地制备出钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3 p-n结, 首次观测到钙钛矿结构氧化物p-n结电流的磁调制和巨磁电阻效应. 其巨磁电阻特性与掺杂的镧锰氧化物是非常不同的, 当温度为300, 200和150 K时, p-n结具有正磁电阻特性; 当温度为100 K时, 在低磁场条件下, p-n结呈现正磁电阻特性, 随着磁场强度的增加, p-n结变为负磁电阻特性. p-n结的磁电阻变化率?R/R0(?R = RH ?R0, R0是外磁场为0时p-n结的电阻, RH是外磁场强度为H时p-n结的电阻) 在300 K条件下, 当磁场强度为0.1和5 T时, 达到8%和13%; 在200 K条件下, 当磁场强度为5 T时, 达到41%; 在150 K条件下, 当磁场强度为1 T时, 达到40%; 在100 K条件下, 当磁场强度为0.13和5 T时, 达到10%和-60%.     

不同BCP插层厚度及工作温度对高场有机磁电导正负转变的影响

采用插入较厚(40, 80和120 nm)的BCP空穴阻挡层, 制备了结构为ITO/CuPc/NPB/ Alq₃/BCP(x nm)/Al的有机发光二极管, 并在不同温度下测量了器件电流随外加磁场的变化(即magneto-conductance, MC). 发现不同厚度BCP插层器件在低场(0≤B≤50 mT)下均表现为正磁电导效应, 且这一特性与器件工作温度无关. 但高场部分(B>50 mT)的MC却表现出对温度及厚度有较强的依赖关系, 即随着温度的降低, 120 nm BCP插层器件表现出明显的正负磁电导转变; 而80和40 nm的BCP器件则不存在这种转变现象, 在低温下只存在负磁电导成分. 其原因可能是: MC低场正磁电导部分由超精细相互作用引起; 而高场MC的正负转变则主要是由于较厚BCP插层引起大量没有复合的剩余空穴, 与低温下长寿命的三重态激子相互作用(即TQA作用)引起的.     

新型压电高速开关阀仿真研究

利用压电晶体高频响、高输出力的特性, 提出一种新型压电开关阀结构, 解决了压电晶体输出位移小、温度效应的影响. 建立 PZT高速开关阀的数学模型并进行仿真分析; 仿真结果表明, PZT执行器能够高频响地控制油液的切换, 并能同时输出高压大流量油液; PZT阀的输出压力达到20 MPa、流量达到10 L/min, 响应频率达到200 Hz.     

e-h pair解离率对有机磁电导效应的调控

制备了一系列不同浓度的PCBM掺杂型聚合物发光二极管,结构为ITO/PEDOT:PSS/SY-PPV:PCBM(x wt%)/Ca/Al,并在室温下测量了器件的电流随外加磁场的变化(即磁电导效应)曲线,以研究电子-空穴对(e-h pair)解离率对有机磁电导效应的调控作用.实验发现:未掺杂PCBM的器件,其磁电导曲线表现为随磁场的增加先迅速增大,而后趋于饱和;而3wt%PCBM掺杂器件,其磁电导随磁场的增加先快速小幅增加,而后缓慢增大并且不趋于饱和;另外,两种器件的磁电导曲线的半峰宽明显不同(即趋于饱和的快慢明显不同),且3 wt%PCBM掺杂器件的磁效应值远小于未掺杂器件的磁效应值.分析了不同掺杂浓度器件中电子-空穴对解离率的变化规律,并用非洛伦兹经验公式对上述曲线进行拟合,认为PCBM掺杂器件的e-h pair解离率增大而导致这些e-h pair的寿命变短,寿命变短后的e-h pair来不及发生自旋混合进而使得磁电导曲线表现出慢饱和趋势.     

Fe3O4-SiO2-Polypyrrole纳米核壳颗粒的制备及其吸附性能

制备了一种高磁响应的Fe₃O₄-SiO₂-Polypyrrole纳米复合核壳颗粒, 并成功应用于水相体系中重金属离子Cr₂O₇²⁻的吸附研究. 分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FTIR)和振动样品磁强计(VSM)对产物的结构、形貌与磁性能进行了表征, 结果揭示, 核壳复合吸附材料由400 nm大小的Fe₃O₄多晶球簇内核、100 nm厚度的非晶SiO2壳层以及外层聚吡咯材料组成, 其饱和磁化强度为43.5 emu/g. 通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)研究了其对重金属离子的吸附性能, 按照Langmuir等温吸附模型计算的饱和吸附量为35.52 mg/g. 证明对于Cr₂O₇²⁻离子, 该核壳结构纳米材料是一种性能良好、可高效磁分离的吸附材料.     

不同衬底温度下[Tb/Fe/Dy]n纳米多层膜的结构、磁性能及超磁致伸缩性能研究

采用多靶磁控溅射仪分别在室温和衬底温度为300℃条件下制备了具有精确组分为Tb_0.27Dy_0.73Fe₂的[Tb/Fe/Dy]_n纳米多层膜. 研究结果表明, 纳米多层膜在沉积过程中形成了微柱状结构,薄膜样品的磁性能和超磁致伸缩性能表明薄膜样品具有明显的垂直各向异性. 尽管纳米多层膜具有垂直各向异性, 但仍具有超磁致伸缩性能. 特别是衬底温度300℃制备的纳米多层膜, 由于Laves相R-Fe₂纳米晶的析出使得超磁致伸缩性能有了显著的提高. 在很小的外磁场(0.18 T)时, 衬底温度300℃条件下制备的样品超磁致伸缩值为89.3 ppm (1 ppm= 1×10^-6), 约为室温条件下制备的样品在此磁场下超磁致伸缩值23.5 ppm的4倍. 同时还研究了垂直磁各向异性薄膜的磁化过程与超磁致伸缩性能的关系.     

智能压电声子晶体与超材料研究现状与展望

声子晶体与超材料作为一种人工设计的新型材料或结构,具有许多独特和超常的弹性波传播特性,为机械振动的有效控制与弹性波的精准调控提供了一个崭新的研究途径与充满希望的应用机遇.然而,由于传统的声子晶体与超材料在加工制备之后不易根据实际需求重新调整其几何参数和材料属性,大大限制了其实际应用.基于压电或力-电耦合效应的智能压电声子晶体与超材料,通过调节电场即可按需调控结构的振动或波动特性,可大大拓宽传统声子晶体与超材料的应用范围.本文依据压电材料与弹性材料或结构不同的融合形式,试图将智能压电声子晶体与超材料大致分为三类:第一类为单一压电声子晶体与超材料,此类仅由单一的压电材料组成,可以外接电极也可以无外接电极;第二类为内嵌式压电/弹性复合材料型压电声子晶体与超材料,该类由压电散射体埋嵌在弹性基体中而构成,当然也可将压电材料与弹性基体的角色互换;第三类为由外贴式压电片与弹性结构组成的复合型压电声子晶体与超材料,此类将压电片外贴在弹性基体结构(杆、梁、板等)的表面.已有研究表明,相较于其他弹性波调控方式,基于压电或力-电耦合效应的智能压电声子晶体和超材料的主要优势体现在反应迅速,无须改变原有结构的固...     

细菌视紫红质基因工程点突变体BR-D96V的获取及其与合成高分子聚乙烯醇的功能性复合材料的制备

细菌视紫红质(BR)是嗜盐菌质膜上的一种跨膜蛋白质,具有独特的光学响应,与合成高分子材料的复合有望提供一种信息功能材料.制备了第96位天冬氨酸被缬氨酸取代的BR突变体BR-D96V及其高分子复合膜,并进行了相关基础研究.通过基因工程方法,在本身不表达BR的嗜盐菌L33中实现了新突变体BR-D96V的表达.尽管缬氨酸侧链具有强疏水性,取代天冬氨酸后的蛋白质仍然具有光学响应,但与野生型BR相比,中性的盐溶液环境中突变体BR-D96V的M态寿命延长近两个数量级,有利于未来作为信息材料使用.将此突变体蛋白质与合成高分子聚乙烯醇(PVA)均匀混合后制备得到蛋白质/聚合物复合功能膜,M态寿命比液体条件下又有显著的延长.还发现BR-D96V中间态的寿命对于体系的含水量具有较高的敏感性.     

马脾铁蛋白磁性纳米颗粒的低温磁学性质研究

系统地认识铁蛋白内核磁性纳米颗粒的磁学性质, 对于建立和完善以铁蛋白为基础的磁共振成像技术以及环境磁学研究具有重要意义. 马脾铁蛋白具有反铁磁性的纳米内核. 结合透射电子显微镜和低温磁学测量技术, 研究马脾铁蛋白内核的磁学性质与温度、外加磁场大小、内核粒度以及观测频率之间的关系. 在5 K 下, 等温剩磁获得曲线(IRM)和直流退磁曲线 (DCD)的交点(R=0.46)表明铁蛋白颗粒间具有很弱的静磁相互作用. 磁滞回线、磁化率和剩磁结果都一致地表明, 室温条件下铁蛋白纳米颗粒表现为超顺磁性, 在低于其阻挡温度T_b(~12 K) 时, 由于纳米颗粒表面出现未补偿自旋磁矩或者由于内部晶格缺陷而产生未补偿磁矩, 铁蛋白会呈现出寄生铁磁性和反铁磁性两种特征, 因而具有载磁能力和磁滞现象, 出现稳定单畴(SD) 的性质. 超顺磁性铁蛋白的热弛豫过程遵循Néel-Arrhenius 方程, 通过频率(AC)磁化率计算获得马脾铁蛋白颗粒的平均有效能垒E_a 为(5.52±0.16)×10⁻²¹ J; 磁各向异性能常数K_eff 为 (4.65±0.14)×10⁴ J/m³; 前指数频率因子f₀ 为(4.52±2.93)×10¹¹ Hz. 这些新结果对于深入理解纳米尺度的反铁磁性颗粒的磁性机制以及在医学上的潜在应用都具有重要意义.