Terfenol-D/PMNT/Terfenol-D层状磁电复合材料的磁电效应分析

从压电效应和压磁效应本构方程出发,建立了层状磁电复合材料的1-3模型,结合材料机械运动学方程和电路状态方程,推导出层状磁电复合材料的磁-机-电等效电路,并全面分析磁电转换效应.既而提出新型层状磁电复合材料terfenol-D/PMNT/Terfeno1-D,以提出的1-3模型为例,对此材料的磁电响应进行数值计算,用Ma...     

Terfenol-D/PMNT/Terfenol-D层状磁电复合材料的磁电效应分析

从压电效应和压磁效应本构方程出发,建立了层状磁电复合材料的1-3模型,结合材料机械运动学方程和电路状态方程,推导出层状磁电复合材料的磁-机-电等效电路,并全面分析磁电转换效应。既而提出新型层状磁电复合材料Terfenol-D/PMNT/Terfenol-D,以提出的1-3模型为例,对此材料的磁电响应进行数值计算,用Matlab仿真得出计算结果,从而得出该结构的层状磁电复合材料的磁电转换系数要高于市场上广泛使用的Terfenol-D/PZT/Terfenol-D复合材料的磁电转换系数,为新型磁电材料的制备提供理论依据。     

PZT在NZFO环状复合下的磁电容与磁电感

实验研究了室温(300 K)下的锆钛酸铅(PZT)与镍锌铁氧体(NZFO)环状复合结构磁电耦合效应。在谐振频率附近,环状复合的PZT的磁电容效应比层状结构的高出许多,且出现了负电容。实验引入PZT的等效模型与磁电感ML用于阐明PZT在谐振频率处,负电容产生的机理以及磁电容与磁电感具有互补的特性。     

磁性颗粒复合介质中磁电阻机制诱导的庞磁电容效应

最近的实验和理论研究表明,磁电阻效应结合Maxwell-Wagner电路模型,磁性颗粒复合介质中也可能产生庞磁电容效应.这种庞磁电容效应与传统的磁电材料中由于直接的磁电耦合机制而产生的磁电容效应不同,它将会具有很高的实际应用价值.从磁性颗粒复合体系微观结构出发,应用Maxwell-Garnett理论(MGT)和磁电阻机制,研究了磁性颗粒复合体系中的庞磁电容效应随外加磁场和组分浓度p的变化关系,很好地解释了实验结果.     

层状磁电复合材料的磁电转换分析

提出层状磁电复合材料L-T模型,从压电效应和压磁效应本构方程出发,采用等效电路法对复合材料的磁电电压系数进行理论分析,并对材料磁电响应进行了数值计算,得出磁电响应仿真结果,所推导的磁电电压系数公式与等效电路模型公式得出的计算值相符,为磁电层材料的制备和优化提供理论工具。     

二元掺杂钙钛矿锰氧化物薄膜的磁性能和磁热效应

用溶胶凝胶法制备二元掺杂的钙钛矿锰氧化物(La_2/3(Ca_1-xBa_x)_1/3MnO₃,LCBMO)块体材料,以其作为靶材用脉冲激光沉积法在Pb(Mg_0.33Nb_0.66)O₃-PbTiO₃(简称PMN-PT)衬底上制备LCBMO薄膜,研究Ca²⁺、Ba²⁺掺杂摩尔分数x对薄膜的结构、磁性及磁热特性的影响。实验结果表明纯相薄膜样品具有优异的磁特性,3个不同掺杂摩尔分数(x=0.5、0.6、0.8)的薄膜样品分别在居里温度260、272、280 K处获得最大的磁熵变值1.06、5.78、2.93 mJ·cm^-3·K^-1。室温附近较大的磁熵变结果对于开发室温磁致冷器件具有很好的参考价值。     

Gd5Si4-xInx化合物的磁性和磁热效应

用真空电弧熔炼法制备了Gd5Si4-xInx(x=0.0,0.5,0.8,1.2)系列化合物.室温粉末X线衍射分析表明,该系列化合物均为正交Gd5Si4型晶体结构,并含有少量六角Gd5Si3杂相.磁性测量结果表明,Gd5Si4-xInx(x=0.0,0.5,0.8,1.2)系列化合物的居里温度分别为345,340,330,326K.当外加磁场在0～1.5T范围内变化时,居里温度附近的最大等温磁熵变分别为2.9,0.8,0.6,0.6J/(kg.K).     

用于直接测量磁热效应脉冲磁体的理论设计

采用经典电磁场、有限元数值计算两种方法，设计了一种用于磁热效应直接测量的脉冲螺线管磁体，在螺线管磁体中心处，磁感应强度的计算值及测量值均在2．2T(180A电流时)，且它们之间的误差很小；在以螺线管中心为球心，直径为10mm球内，磁感应强度的均匀度优于1％，达到了脉冲磁体的设计要求。     

新型磁电复合材料传感器的理论分析

设计了巨磁致伸缩材料（Terfenol-D）／锆钛酸铅（PZT）／巨磁致伸缩材料（Terfenol-D）三层磁电材料L-T模型传感器，利用所设计的磁电传感器，可以精密测试磁场强度。采用等效电路法对复合材料的磁电电压系数进行理论分析与计算，表明所设计的传感器具有很高的磁场测量精度，建立的方程对磁电传感器的设计具有指导作用。     

低磁场下获得巨磁热效应的GdSiGeZn合金

在研究Gd5Si2-xGe2Znx,Gd5Si2-zGe2-zZn2z系列合金的等温磁熵变和居里温度时发现,Zn的微量变化对合金的磁热性能影响很大.当x或者2z为0.001时,在1.5 T外加磁场变化下,其最大等温磁熵变分别为20.70 J/(kg.K)(x=0.001)和25.30 J/(kg.K)(2z=0.001),居里温度分别为284 K(x=0.001)和280 K(2z=0.001),其磁热性能远高于没有添加Zn元素的合金(5.03 J/(kg.K)).实验证明,微量元素Zn对Gd5Si2Ge2化合物的合金化处理,可使其在低磁场下的磁热效应得到巨幅提高,其最大等温磁熵变优于文献报道的铸锭合金Gd5(Si1-yGey)4及其他添加元素(如Ga,Sn,Cu,B,Al,Bi,Co,Fe,Ni,Mn,C,H等)替代Si或Ge时在5 T高外加磁场变化下的等温磁熵变.     

La10Fe81-xZr9Bx非晶合金的制备与磁热效应

在Ar气氛下,用真空电弧熔炼方法制备了La10Fe81-xZr9Bx(x=0,1,2)系列母合金,用单铜辊急冷电磁感应甩带技术制备了La10Fe81-xZr9Bx(x=0,1,2)合金薄带.室温X射线衍射结果表明,该系列合金为非晶态合金.磁性测量结果表明,该系列合金具有铁磁性.通过测定等温磁化曲线,确定了该系列合金的磁熵变,其最大值(磁场变化为0～1.5 T)可以达到金属Gd的1/4.     

非晶态Fe91-xLaxZr9合金的制备与磁热效应

采用电弧熔炼和真空电磁感应甩带方法制备了Fe91-xLaxZr9(x=1,3,5,10)系列非晶合金,研究了该非晶合金的磁性和磁热效应.X-射线衍射结果显示,样品的形成主要为非晶态合金.非晶态Fe81La10Zr9合金的磁熵变随温度变化的曲线表明,外场为1.5T时样品最大等温磁熵变为0.8J/(kg.K),半峰宽对应的温度变化范围为245～285K.     

Mn1.3Fe0.7PxSi1-x化合物的磁热效应

用球磨和烧结法制备了Mn1.3Fe0.7PxSi1-x系列化合物.磁性测量结果表明,随着P含量的增加,居里温度由x=0.45时的320K降到x=0.55时的209K;外加磁场变化为1.5T时,在居里温度209K附近,Mn1.3Fe0.7P0.55Si0.45的最大磁熵变为11.3 J/(kg·K).该化合物的热滞为10.4K.良好的磁热效应性能和低廉的原料价格使得该系列化合物有望成为室温区磁制冷工质.     

Cox-C1-x复合块材的微结构和巨磁电阻效应

采用热压法制备了一系列不同Co含量x的CoxˉC1 x(质量分数)复合块材样品,并对样品的巨磁电阻效应进行了研究。光谱分析发现颗粒尺寸在50～200μm,室温下,磁场强度为1.03×106A/m时,在Co10C90样品中测出的最大磁电阻值为20%。随着磁场强度增加,磁电阻值还会增大。并且发现当x=10,30,60时,磁电阻存在三个峰值分别为20%,17.5%,9%。     

纵向极化与磁化的压电/磁伸材料磁电效应理论及实验

将磁致伸缩材料及压电材料的本构方程与运动方程相结合, 考虑到压电材料具有高输出阻抗特点及测试仪器的有限输入阻抗和传输信号引线电容对磁电效应输出电压的影响, 给出了纵向极化压电材料与纵向磁化的Terfenol-D 巨磁伸材料形成的磁电元件的磁电效应理论. 研制了由六根一维磁伸材料构成的磁电元件并对其磁电效应性能进行了测试. 与前人的理论结果比较可见考虑测试系统有限输入阻抗及电缆电容后建立的磁电效应理论与实验结果更吻合.传输信号的电缆电容及测试仪器输入阻抗对检测结果产生很大的影响,它可用于解释实际中检测到的电压远小于开路电压理论结果的原因.开路下纵向极化磁电元件磁灵敏度的理论值达6 V/Oe(1 Oe=79.6 A/m),而仪器实际检测到的磁灵敏度(电压转换系数)仅为数百毫伏每奥.     

磁制冷循环与磁工质的选择原则

磁循环和磁工质的选择对于磁制冷的成败与否是至关重要的。本文的主要目的是讨论磁工质所必要的磁学和热学特性以及探讨适合于不同温区的磁循环。文章首先给出了铁磁或顺磁材料的随温度和外场而变化的磁熵的计算结果,以及此类材料的晶格熵随德拜温度而变化的关系。在熵分析的基础上,就可得出磁工质和磁循环的遣择原则。本文还讨论了分别适用于低于20K,20～77 K,近300K三温区的磁工质的选用。最后,文章指出,高效制冷工质和蓄冷器是获得室温磁制冷的关键所在。     

NdNi4-xCoxCu系列化合物的磁性和磁热效应

对Nd Ni_4-xCo_xCu系列化合物的制备工艺、晶体结构和磁性进行研究。用电弧熔炼和热处理法制备Nd Ni_4-xCo_xCu（x=0,1.0,1.5,1.7,1.9,2.0,2.1,2.3,3.0,4.0）系列化合物样品,对X射线衍射数据精修后分析发现,该系列化合物为单相材料,晶体结构为Ca Cu₅型六角结构,空间群为P6/mmm,并给出精修图谱和精修后的XRD衍射图。磁性测量分析表明,该系列化合物发生自旋重取向现象和由铁磁到顺磁的转变,居里温度随着Co含量的增加而升高,该系列化合物的居里温度具有可调性。利用热力学麦克斯韦关系,从系列等温磁化曲线确定了样品的等温磁熵变随温度和磁场变化的关系。在外场强度3 T的条件下,当x<2时,其最大等温磁熵变值随着Co含量的增加而降低,当x>2时最大等温磁熵变值随Co含量的增加再次降低。外场强度1 T条件下,Nd Ni₂Co₂Cu样品的相对制冷功率（RCP）为128 J/kg。     

低居里点FeCrB非晶合金的磁热效应

基于输电线路抗覆冰的应用背景,通过对Fe100-x-yCrsBy（x=11～20,y=9-20）的成分调节和快淬工艺参数控制,制备了同时具有低居里温度和高饱和磁极化强度的非晶带材．测试研究表明Fe65Cr15B20和Fe64Cr16B20的居里温度分别为28．6和11．6℃,Fe65Cr15B20和Fe64cr16B20在0℃的饱和磁极化强度分别为0．69和0．62T．设计组装了一种近似绝热磁致热功率的测量装置,用该装置对Fe65cr15B20和Fe64cr16B20两种非晶合金带的磁热功率进行了近似测量和分析．