發(fā)布時(shí)間：2020-07-15 12:24

【摘要】：理想磁電回旋器因兼具無源、線性和無損耗等突出優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)I-V/V-I的直接轉(zhuǎn)換并伴隨著感性/容性網(wǎng)絡(luò)的非互易轉(zhuǎn)換,可以取代雷達(dá)通信轉(zhuǎn)換器、循環(huán)器以及隔離器等器件中的關(guān)鍵模塊有利于器件的高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換以及微小化發(fā)展。盡管在以往的報(bào)道中關(guān)于磁電回旋器的研究在實(shí)驗(yàn)以及理論對(duì)其功率轉(zhuǎn)換效率方面取得了重要突破。然而,報(bào)道的磁電回旋器研究選用的磁致伸縮材料與壓電材料的有效機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q值偏低而制約磁電回旋器功率轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升。針對(duì)這一問題,提出并設(shè)計(jì)一種由鐵鎳基恒彈性合金(Ni-Fe-Cr,Q_m=1082)和壓電材料(PZT8,Q_P=1200)層合的2-2型磁電回旋器,通過提高其有效品質(zhì)因數(shù),實(shí)現(xiàn)了高效功率轉(zhuǎn)換效率。所設(shè)計(jì)的“三明治”結(jié)構(gòu)Ni-Fe-Cr/PZT8/Ni-Fe-Cr的雙端口四線制磁電回旋器中,這兩種高Q值材料工作在諧振時(shí)產(chǎn)生高效的動(dòng)態(tài)磁-機(jī)-電轉(zhuǎn)換(194V/(cm Oe))得益于其較高的有效品質(zhì)因數(shù)(Q=1080)。因此,這種方法能夠有效地減小磁-機(jī)-電轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗,提高了磁電回旋器的功率轉(zhuǎn)換效率。本文通過搭建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)完成對(duì)樣品的動(dòng)態(tài)磁-機(jī)特性、低頻/諧振磁電響應(yīng)以及功率傳輸特性的表征,本文設(shè)計(jì)的磁電回旋器件在較低的輸入功率密度(3.31μW/cm~3)時(shí),實(shí)現(xiàn)了88.5%的功率轉(zhuǎn)換效率。相關(guān)研究的進(jìn)展和突破,不僅加速了緊湊型、無源、非互易性功能化磁電固體器件的實(shí)現(xiàn),而且在信號(hào)傳輸、阻抗匹配以及功率傳輸?shù)确矫嬗袧撛趹?yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：鄭州輕工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH139
【圖文】：

圖 1-1 回旋器原理圖磁電復(fù)合材料的出現(xiàn)為 4 線 2 端口磁電回旋器件的一條新的途徑。同時(shí)由于壓磁/壓電磁電復(fù)合材料因等多個(gè)凝聚態(tài)物理范疇的交叉與融合。近年來在磁件、新型信息存儲(chǔ)以及磁電回旋器件等領(lǐng)域蘊(yùn)藏著件的體積小，結(jié)構(gòu)簡單且高效的功率轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)傳輸設(shè)備的小型化、集成化以及低損耗的要求�，F(xiàn)狀者廣泛關(guān)注多鐵材料，其主要原因是它在多功能電中具有巨大的應(yīng)用前景[2-5]。多鐵材料具有多種鐵性[磁性等。磁電材料是一種典型的多鐵材料，具有包合功能，其中正磁電效應(yīng)指在外加磁場的影響下產(chǎn)加電場的影響下產(chǎn)生磁矩的改變。隨著磁電復(fù)合材

圖 2-1 不同預(yù)應(yīng)力下超磁致伸縮系數(shù)與外加磁場關(guān)系曲線[65])磁滯特性磁材料的一個(gè)基本特性是會(huì)產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象，同理對(duì)于磁致伸縮材料也會(huì)產(chǎn)現(xiàn)象，正如圖 2-1 所示。由于磁致伸縮材料的磁滯會(huì)使曲線變成非線性且，因此不利于開發(fā)線性的應(yīng)用器件。這樣的特性會(huì)損耗了器件的使用壽命象無法徹底根除，為了減弱磁滯現(xiàn)象，利用施加適當(dāng)?shù)念A(yù)壓應(yīng)力或偏置場現(xiàn)，從而在一定程度上延長應(yīng)用器件的使用壽命[66]。)ΔE 效應(yīng)磁材料彈性模量 E 具有隨外加磁場變化而改變的特性被稱為 ΔE 效應(yīng)定縮材料能量密度的變化隨著彈性模量變化而改變，對(duì)應(yīng)用換能器件來說引起磁致伸縮換能器的能量轉(zhuǎn)換和輸出特性變化，因此，在設(shè)計(jì)應(yīng)用器件E 效應(yīng)對(duì)其功能特性的影響。另一方面，ΔE 效應(yīng)能夠應(yīng)用于頻率可控的線等新型器件[64]。

圖 2-2 自發(fā)磁致伸縮用對(duì)鐵磁體的內(nèi)部產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)它在居里溫狀態(tài)的單疇，自身可以發(fā)生自發(fā)磁化現(xiàn)象，然而，的耦合作用，只有退磁能為( ) 22NM VS，其中N 的直徑）是退磁因子，M 是磁化強(qiáng)度，S 是鐵磁體在磁化方向伸長能夠降低退磁能和減小退磁因子 們產(chǎn)生的數(shù)量要小于其他磁致伸縮[49]。致伸縮現(xiàn)象有兩種方法：一種是其內(nèi)部固有的自發(fā)磁化，場。一般情況，給予鐵磁體外部施加的磁場，產(chǎn)生沒有外部施加磁場以及外應(yīng)力的作用，鐵磁體內(nèi)部及原子磁矩交換能、和退磁能）的最小值決定其狀態(tài)所誘發(fā)的退磁能打破原來的磁化狀態(tài)，且增

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