【摘 要】
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随着信息时代的到来,物联网技术越来越受到关注。磁传感器作为其应用中重要的载体之一,受到广大科研工作者的关注。磁传感器的压磁系数是一个关键指标,决定了其应用价值和范围,主要是由磁性材料的本征参数所决定。其中,磁电复合材料由于具有较好的磁电耦合特性而被作为磁传感器的磁敏组元。本论文主要研究具有良好的压磁系数的磁致伸缩材料及其与PZT压电陶瓷的复合手段,并对基于得到的磁电复合材料进行了磁敏组元的设计,从
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随着信息时代的到来,物联网技术越来越受到关注。磁传感器作为其应用中重要的载体之一,受到广大科研工作者的关注。磁传感器的压磁系数是一个关键指标,决定了其应用价值和范围,主要是由磁性材料的本征参数所决定。其中,磁电复合材料由于具有较好的磁电耦合特性而被作为磁传感器的磁敏组元。本论文主要研究具有良好的压磁系数的磁致伸缩材料及其与PZT压电陶瓷的复合手段,并对基于得到的磁电复合材料进行了磁敏组元的设计,从而实现其在低磁场域下的应用。首先,对Mg2+取代和Mg2+-Zr4+协同取代CoFe2O4中的Fe3+后材料的微观结构、磁性能和压磁系数等方面进行了研究。结果表明,适量的Mg2+取代和Mg2+-Zr4+协同取代都可以有效的促进CoFe2O4晶粒尺寸的长大但会造成孔隙率的增加,同时降低饱和磁化强度。在低磁场域下,Mg2+对于CoFe2O4的压磁系数有改善作用,但同时也降低了CoFe2O4的磁致伸缩系数。Mg2+-Zr4+协同取代略微降低了材料的磁致伸缩系数,但进一步提高了材料在低磁场域下的压磁系数,并且当Mg2+含量为0.05,Zr4+含量为0.02时,CoMg0.05Zr0.02Fe1.93O4的压磁系数达到最大值为4.3×10-9m/A。基于CoMg0.05Zr0.02Fe1.93O4铁氧体作为铁磁组件,选用具有良好的压电性能的PZT压电陶瓷作为铁电组件,研究了颗粒复合型和层状复合型磁电复合材料随着PZT质量比或者厚度比的增加对磁电性能的影响。对比这两种形式的复合材料发现,颗粒复合型材料随着PZT质量比增大,材料的饱和磁化强度减小,但是介电常数增大;对于层状复合型材料,随着PZT厚度的增加,磁电复合材料的磁电转换系数增加,且磁电转换系数的最大值(145m Vcm-1Oe-1)出现在低于60Oe的磁场域下,从而有效提升了复合材料在低磁场域下的磁电转换系数。最后利用COMSOL软件对磁敏组元进行仿真设计。基于模型长度为20mm,宽度为3mm的方块,厚度为变量,对磁敏组元进行仿真,发现厚度逐渐升高,最大弹性应变能也逐渐升高,与实验结果趋势相符。将模型进行优化,并以LTCC（低温共烧陶瓷）工艺为依托制备了异质烧结层状结构的磁电复合材料,磁电转换系数提高,达到152m Vcm-1Oe-1。
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