磁电复合薄膜材料的理论和实验研究进展

磁电复合薄膜材料由铁磁相和铁电相复合而成,其在一定温度范围内不仅同时具有铁磁性、铁电性,而且更重要的是具有磁电耦合效应或磁电效应,已成为目前功能材料领域新的研究热点之一。阐述了磁电复合薄膜的磁电耦合机制,介绍了磁电复合薄膜的分类和特点;综述了磁电复合薄膜理论研究中几种主要的研究方法,并论述了实验研究的进展;最后指出了目前磁电复合材料研究中存在的问题和发展趋势。     

室温磁电材料的制备与性能

室温下具有磁电性能的多铁性材料是近年来研究的热点,分析了室温铁磁电单相材料和复合材料的制备方法及其性能,特别是外延生长、二次烧结和无机/有机复合技术分别对单相铁磁电薄膜、颗粒弥散型以及层状铁磁电复合材料结构与性能的影响.结果表明,通过诱导晶格变形、消除体系杂相,能获得具有强室温磁电性能的单相磁电材料.通过提高磁性颗粒在复合材料中的分散程度,可以明显增强弥散型磁电复合材料的磁电性能.将磁性和铁电材料进行层状复合,选择合适的外场耦合模式,得到了高磁电耦合系数的复合材料.     

压电/磁致伸缩/环氧树脂层合复合材料的磁电效应及其频响特性

磁电复合材料在磁-电能量转换等领域具有重要的潜在应用价值, 研究磁电复合材料在较高频率下的磁电耦合特性对于实际应用具有重要意义。本文中以0-3型的Terfenol-D(Tb_0.30Dy_0.70Fe₂)/环氧树脂复合材料为磁致伸缩层, 以PZT 压电陶瓷为压电层, 制备了三明治结构的层合磁电复合材料。研究了Terfenol-D/环氧树脂复合材料层的磁致伸缩性质, 并对所制备的层合磁电复合材料磁通密度、 介电常数以及磁电电压系数等随频率和偏磁场的变化规律进行了系统研究。结果表明, 由于Terfenol-D/环氧树脂复合材料的引入, 层合磁电复合材料呈现出良好的频率响应特性, 可靠工作范围大大拓宽。层合磁电复合材料具有优良的动态磁电耦合性能, 在优化偏磁场630 Oe和共振频率69.6kHz下的磁电效应高达21.2 V/cmOe。此外, 层合磁电复合材料的磁电效应随偏磁场的变化发生明显变化, 并存在优化偏磁场。对上述现象和结果进行了详细讨论, 并给出了层合磁电复合材料的磁电耦合机制。      

磁电复合材料的制备及研究进展

综述了磁电复合材料的合成工艺和研究现状.磁电复合的基本理论是基于乘积效应的,指出了获得高磁电效应的基本条件.分别详述了包括颗粒复合、粘合层状复合以及纳米复合在内的3种不同复合方式磁电复合材料的制备工艺,讨论了这些磁电复合材料制备方法的优缺点,并对磁电复合材料制备这一研究领域进行了展望.     

水热合成CoFe_2O_4/Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3颗粒磁电复合材料中的零偏置现象

通过水热法分别制备CoFe_2O_4和Bi0.5Na0.5TiO3纳米粉。将两种粉末均匀混合,经成型和共烧工艺制备了xCFO-(1-x)BNT颗粒复合磁电材料(质量分数x为0.3,0.4,0.5)。X射线衍射(XRD)和SEM扫描电子显微镜(SEM)分析表明,复合陶瓷保持了较纯净的钙钛矿(BNT)和尖晶石结构(CFO)。振动样品磁强计(VSM)测试表明,这种材料在室温下具有良好的铁磁性。当磁场频率为1KHz时,950℃烧结的复合磁电材料(x=0.3)具有最大的磁电转换系数,约为47.4mV/Oe·cm;且发现当磁场为零时,该复合材料磁电转换系数不为零,在谐振点处仍具有1.2V/Oecm的磁电转换系数。这是一种可以应用于零场和中频的磁电复合材料。     

钛酸铋铁电薄膜的改性及其复合薄膜的磁电耦合效应研究

对铋层状钙钛矿结构钛酸铋无铅铁电薄膜的制备、改性、失效行为,以及钛酸铋-铁酸钴多铁复合材料进行了研究。通过分析A位和B位离子的极化率和半径关系,设计了一系列复合掺杂钛酸铋基无铅铋层状钙钛矿铁电体系,并制备出了一系列性能优良的单掺杂和复合掺杂的钛酸铋基无铅铁电薄膜,结果表明A位La~(3 )、Nd~(3 )、Eu~(3 )掺杂,B位V~(5 )、Zr~(4 )、Mn~(4 )都可以明显提高薄膜的性能,特别是A位Nd~(3 )掺杂可以很好地提高剩余极化强度和抗疲劳性,B位Mn~(4 )掺杂可以降低矫顽场和漏电电流,有望突破无铅铁电薄膜的应用瓶颈;同时,研究了铁电薄膜及其在辐照条件下的疲劳、保持性能损失和印记失效等失效行为,提出了一个能合理解释印记失效的双界面层的理论模型;还利用化学溶液沉积法制备了不同复合结构(颗粒复合和层状复合)的Nd掺杂钛酸铋/铁酸钴多铁薄膜,并研究了不同复合结构中的磁电耦合效应,研究发现在铁电/铁磁多铁复合材料中,铁电/铁磁界面处两种不同材料之间的原子相互耦合对磁电耦合效应具有很大的贡献。     

压电-磁致伸缩双层磁电复合材料的机电谐振

基于压电相和磁致伸缩相的本构方程以及弹性体的运动方程,简要推导了一维机电谐振模式下压电-磁致伸缩双层磁电复合材料横向磁电电压系数的表达式。采用相应的材料参数计算分析了Tb_1-x Dy_x Fe_2-y (TDF)-Pb(Zr,Ti)O₃(PZT)双层磁电复合材料的横向磁电电压系数与交流磁场频率的关系,以及复合材料的长度和压电相体积分数对机电谐振频率的影响。计算与分析结果表明,双层磁电复合材料在机电谐振频率处具有明显的磁电 响应特性。当有效机械品质因数为50,在谐振频率55.2 kHz处横向磁电电压系数达到峰值11.2 V·cm^-1·Oe^-1,是低频下峰值(281.9 mV·cm^-1·Oe^-1)的40倍。机电谐振频率随复合材料长度的减小和压电相体积分数的增加而上升。实验结果说明TDF-PZT双层磁电复合材料在机电谐振频率处具有显著增强的磁电效应,实际有效机械品质因数约为48。     

柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应研究进展

随着现代信息技术的不断发展，集电、磁于一身的多铁复合薄膜材料因其独特的物理特性已在换能器、传感器、存储器等领域应用广泛。然而，尽管多铁复合薄膜克服了陶瓷因高温烧结造成磁电耦合系数较小的缺点，但多铁复合薄膜中的铁电相也存在韧性差、脆性大，从而限制其在柔性器件中的应用。通过将铁磁相与具有柔性的铁电相复合而成的柔性多铁复合薄膜理论上可获得强的磁电耦合性能，同时因其具有优异的柔韧性和延展性，有望应用于便携式可穿戴设备、医疗设备、磁电传感器设备等领域。但是，柔性多铁复合薄膜的磁电耦合效应与磁电相的性能、组成、两相的接触面积以及两相间的复合形式等因素有关，其中，复合形式是影响耦合系数的关键因素。因此，综述了国内外复合形式影响柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应的研究进展，并提出了一些亟待解决的问题。     

界面过渡层对磁-电-弹性层合板多场耦合特征的影响

针对两种不同形式(压电-铁磁-压电,铁磁-压电-铁磁)的磁电层状复合材料,研究了热场环境下磁电层状复合材料的力、热、电以及磁的多场耦合特征,给出了磁电层状复合结构的位移、应力、电势以及磁势的变化规律,探讨了界面过渡层厚度变化及其不同界面过渡方式对磁电复合材料的位移、应力、电势和磁势的影响。研究结果表明,界面过渡层对应力特征、电势和磁势的分布具有非常重要的影响,尤其对磁势的分布特征影响尤为明显,这些结果可为磁电层合材料的结构设计和可靠性分析提供参考和依据。     

多铁性复合薄膜的结构及2-2 型双层复合磁电薄膜的制备方法

多铁性材料是一种新型材料,即一种材料同时具备铁电性、铁磁性和磁电耦和性。多铁性材料已成为当前国际上一个新的研究热点。介绍了多铁性复合薄膜的结构、2-2型多铁性复合薄膜的制备方法以及制备B iFeO3-Fe双层多铁性薄膜的最佳生长条件。     

VLE data for CO2-CF2Cl2, N2-CO2, N2-CF2Cl2 and N2-CO2-CF2Cl

Knowledge about vapour-liquid (VLE) is required as a basis of reliable calculations for separation processes. Correlations available for the prediction of T, p, x, y data are less accurate for mixtures at high pressures and mixtures containing supercritical components. The results of VLE experiments are reported and compared with data calculated with equations of state.     

Preparation of ZrO2-CeO2 and HfO2-CeO2 nanopowders

We prepared weakly agglomerated powders of ZrO₂-CeO₂ and HfO₂-CeO₂ solid solutions 5–8 nm in particle size, consisting of monoclinic and tetragonal phases. After heat treatment at 1200°C, the crystallite size was 30 and 14 nm, respectively. We also examined the effect of precipitate freeze drying on the crystallization of hafnia-based solid solutions containing up to 20 mol % CeO₂.     

Thermal diffusion in binary mixtures H2-CCl2F2 and H2-CHClF2

Thermal diffusion coefficients were measured in two gaseous mixtures, in which one component was close to the critical temperature, in the pressure range (19.6–127.4)·10⁴ N/m² and at a freon concentration of 0.25–0.8.     

Comparison of the Electronic Structures of La2CuO4, Sr2CuO2Cl2, and Sr2CuO2F2

First-principles cluster calculations are reported of the local electronic structure of the three compounds: La₂CuO₄, Sr₂CuO₂Cl₂, and Sr₂CuO₂F₂. The copper ${\text{3d}}_{x^2 - y^2 } $ and the planar oxygen 2p _σ atomic orbitals exhibit a similar degree of covalency. The out-of-plane orbitals, however, are quite different with the ${\text{3}}d_{3z^2 - r^2 } $ atomic orbital lowered significantly in energy for chlorine and fluorine apical positions.     

Radial GRIN glasses in Li2O-Na2O-Al2O3-TiO2-SiO2 systems

A series of GRIN glass rods have been developed in Li2O-Na2O-Al2O3-TiO2-SiO2 systems. Negative radial refractive index profiles were generated by exchanging Na+ for Li+ ions in these glass rods. It has been observed that TiO2 plays a vital role in increase in the profile depth and maximum change in the refractive index because of its ambivalent nature. Change in the refractive index can be further increased by increasing the concentration of exchanging cation in the base glass.     

Elastic and Electronic Properties of Superconducting CaPd 2 As 2 and SrPd 2 As 2 vs. Non-superconducting BaPd 2 As 2

The first-principles calculations were performed to predict the elastic and electronic properties of the superconducting ThCr₂Si₂-type phases CaPd₂As₂ and SrPd₂As₂ in comparison with the non-superconducting CeMg₂Si₂-type phase BaPd₂As₂. Besides, the same properties were compared for CeMg₂Si₂- and ThCr₂Si₂-type polymorphs of BaPd₂As₂. We found that all these phases are mechanically stable and belong to soft materials with low hardness. The near-Fermi region is formed by the valence states of the blocks [Pd₂As₂] with decisive contributions of Pd 4d states. The values of N(E _F) increase in the sequence: CaPd₂As₂ < SrPd₂As₂ < BaPd₂As₂, i.e. in the reverse sequence relative to the transition temperatures T _C. Thus, the change in T _C cannot be explained by the electronic factor, i.e. by the simple correlation T _C～N(E _F). Most likely the decrease in T _C in the sequence CaPd₂As₂ → SrPd₂As₂ and the absence of a superconducting transition in BaPd₂As₂ are related to the structural factors and the peculiarities of the electron–phonon coupling mechanism.     

Si_2N_2O-Al_2O_3-La_2O_3和Si_2N_2O-Al_2O_3-CaO系统的亚固相关系

本文给出了 Si_2N_2O-Al_2O_3-La_2O_3和 Si_2N_2O-Al_2O_3-CaO 系统的亚固相图。实验结果表明:在 Si_2N_2O-Al_2O_3-CaO 系统中有一个未知结构的新化合物 CaO·Si_2N_2O,在3CaO·Si_2N_2O 和3CaO·Al_2O_3两化合物之间形成连续立方固溶体。而 Si_2N_2O-Al_2O_3-La_2O_3系统中则没有发现新化合物。在两个系统的富 Si_2N_2O区,过量的 Si_2N_2O 与 La_2O_3和 CaO 分别反应形成 Si_3N_4与 La_(10)[SiO_4]_(?)N_2(H-相)(和 CaSiO_3。所研究的这两个三元系统中,分别形成了如下几个四元相容性区。在 Si_2N_2O-Al_2O_3-La_2O_3系统内有:H-Si_3N_4-La_2O_3·Si_2N_2O-La_2O_3·Al_2O_3;H-Si_3N_4-La_2O_3·Al_2O_3-La_2O_3·11 Al_2O_3;H-Si_3N_4-La_2O_3·11 Al_2O_3-Al_2O_3;H-Si_3N_4-Al_2O_3-O′s.s;H-Si_3N_4-O′s.s-Si_2N_2O在 Si_2N_2O-Al_2O_3-CaO 系统内有:Si_3N_4-CaSiO_3-CaO·Si_2N_2O-3CaO·Al_2O_3;Si_3N_3-CaSiO_3-3CaO·Al_2O_3-2CaO·Al_2O_3·SiO_(?);Si_(?)N_(?)-CaSiO_3-2CaO·Al_2O_3·SiO_2-Al_2O_3;Si_3N_4-CaSiO_3-Al_2O_(?)-O′s.s;Si_3N_4-CaSiO_3-O′s.s-Si_(?)N_(?)O