磁场辅助热处理对PVDF基磁电复合材料性能的影响

摘要

磁电复合材料(Magnetoelectric composites,简写MC)在磁电传感器、存储器、俘能器等领域有较好的应用。实际应用中，要求复合材料的磁电系数(αME)足够高。研究表明，通过工艺改进优化磁电复合材料的微结构可以提升其αME。论文以聚偏氟乙烯(PVDF)基MC为研究对象，在其制备过程中采用磁场辅助热处理工艺提升αME。
　　首先研究了锆钛酸铅(PZT)及稀土铁合金(Terfenol-D)(TD)含量对0-3型PVDF/PZT/TD磁电复合材料电性能的影响。实验结果表明，当PVDF/PZT/TD体积比为30:63:7时，其压电常数(d33)为31.2pC/N，αME在谐振频率为86kHz时达到最大值45.75mV·cm-1·Oe-1。为了进一步提高该磁电复合材料的αME，在其制备过程中采用磁场辅助热处理工艺，研究外加磁场(B)对该复合材料电性能的影响。结果表明：随外磁场(B)的增大，其磁电系数先增加后减小，在B=200Oe时，取得最大值71.46mV·cm-1·Oe-1；相比无磁场时，αME提高了50％以上。
　　其次，为提升PVDF/PZT/TD复合材料中TD含量，对其进行结构改进。制备层厚比为2:3:2的(TD+PVDF)/(PZT+PVDF)/(TD+PVDF)磁电复合材料(TPT)。实验结果表明，层状磁电复合材料的αME为2556.61mV·cm-1·Oe-1，相比0-3型磁电复合材料提高30倍以上。然后对其进行磁场辅助热处理，实验结果表明：随外磁场增加，其磁电系数先增大后减小，在B=300Oe时取得最大值3051.67mV·cm-1·Oe-1；相比无磁场时，αME提高了19%。
　　最后，在TPT层状磁电复合材料的压电层添加适量CoFe2O4优化其d33。实验结果表明，当CoFe2O4含量为0.8vol%时，d33达到最大值36.8pC/N，与未加CoFe2O4时相比增加了29%。同样对其进行磁场辅助热处理，结果表明：随外磁场增加，其d33小幅度增加，αME先增大后减小，在B=300Oe时达到最大值3180.26mV·cm-1·Oe-1；相比无磁场时，αME提升了17%。
　　磁电复合材料的结构改进和磁场辅助热处理工艺有助于其αME的显著提升。本工作对高性能MC的制备具有一定的指导意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 磁电材料概述

1.3 磁电复合材料的研究现状及应用

1.4 磁场在材料制备过程中的应用

1.5 本文研究内容

2磁场辅助热处理对0-3型PVDF基磁电复合材料性能的影响

2.1 引言

2.2材料的制备工艺和测试方法

2.3PZT含量对PVDF/PZT压电复合材料压电性能的影响

2.4TD含量对0-3型PVDF/PZT/TD磁电复合材料性能的影响

2.5磁场辅助热处理对0-3型磁电复合材料性能的影响

2.6 本章小结

3磁场辅助热处理对PVDF基层状磁电复合材料性能的影响

3.1 引言

3.2 层状磁电复合材料磁电性能的影响因素

3.3层状磁电复合材料的制备工艺

3.4磁场辅助热处理对PVDF基层状磁电复合材料性能的影响

3.5 本章小结

4磁场辅助热处理对CoFe2O4改性TPT层状磁电材料性能的影响

4.1 引言

4.2CoFe2O4改性对TPT层状磁电材料性能的影响

4.3磁场辅助热处理对CoFe2O4改性TPT层状磁电材料性能的影响

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 本文展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士期间发表论文目录

附录 2 攻读硕士学位期间获得的奖项