一種基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件，屬于多鐵性功能器件【技術(shù)領(lǐng)域】。本扭振磁電耦合器件，包括緊固件、管狀壓電復(fù)合件和永磁體，管狀壓電復(fù)合件的一端與緊固件相對固定，另一端通過粘接方式與永磁體相對固定，永磁體的磁化方向與管狀壓電復(fù)合件的中心軸線垂直，管狀壓電復(fù)合件包括瓦片狀壓電條和薄金屬電極片，瓦片狀壓電條和薄金屬電極片相互間隔沿圓周均布，相鄰兩個薄金屬電極片之間的極性相反。本扭振磁電耦合器件利用剪切模式壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁電耦合，易于小型化，具有廣闊的應(yīng)用前景，如磁場/電流傳感器、微波換能器及能量采集等應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】一種基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件，屬于多鐵性功能器件技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 多鐵性功能器件指構(gòu)成器件的材料中包含兩類或兩類以上鐵的基本特性，包括鐵 電性、鐵磁性和鐵彈性。其中多鐵性復(fù)合磁電耦合器件利用鐵磁相的鐵彈效應(yīng)和鐵電相的 壓電效應(yīng)通過表面粘接的方式實(shí)現(xiàn)磁一彈一電的復(fù)合耦合模式，從而具有在外磁場作用下 產(chǎn)生電極化的正磁電效應(yīng)，或在外電場作用下產(chǎn)生磁極化的逆磁電效應(yīng)。多鐵性復(fù)合磁電 耦合器件在室溫下即可實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的磁電耦合，其磁電電壓系數(shù)一般比基于天然材料的多鐵 性磁電耦合器件的磁電電壓系數(shù)高幾個數(shù)量級，因此多鐵性復(fù)合磁電耦合器件具備廣闊的 工業(yè)應(yīng)用前景。目前，多鐵性復(fù)合磁電耦合器件可實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用包含磁場及電流傳感器、變壓 器及回轉(zhuǎn)器、微波換能器件及能量采集器等。
[0003] 常見的多鐵性復(fù)合磁電耦合器件一般由磁致伸縮材料和壓電材料復(fù)合而成。利用 磁滯伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁一機(jī)械耦合，通過表面粘接將機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變耦合到 壓電相，再利用壓電材料的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電耦合。然而，這類多鐵性復(fù)合磁電耦合器件最 主要的問題在于需要施加一定的直流偏磁才可以獲得較大的磁電耦合系數(shù)。此外，現(xiàn)有的 多鐵性復(fù)合磁電稱合器件一般基于d31或d33壓電效應(yīng)，雖然基于剪切模式的d15壓電效應(yīng)具 有更高的壓電系數(shù)及機(jī)電耦合系數(shù)，然而由于剪切應(yīng)力和應(yīng)變難以從鐵磁相的磁耦合中獲 得并有效傳遞到壓電相，因此目前利用剪切壓電效應(yīng)的多鐵性復(fù)合磁電耦合器件的設(shè)計(jì)十 分有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件，利用永磁體與 外磁場之間的磁耦合作用產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，將剪切應(yīng)力有效傳遞到管狀壓電復(fù)合件上，使管 狀壓電復(fù)合件工作在d15剪切模式下，獲得更強(qiáng)的磁電耦合效應(yīng)，從而在相同磁場下產(chǎn)生更 高的電壓輸出。本發(fā)明提出的基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電I禹合器件在磁場/電流傳感 器、微波換能器及能量采集等領(lǐng)域有十分廣闊的應(yīng)用前景。
[0005] 本發(fā)明提出的基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件，包括緊固件、管狀壓電復(fù) 合件和永磁體，所述的管狀壓電復(fù)合件的一端與緊固件相對固定，管狀壓電復(fù)合件的另一 端通過粘接方式與永磁體相對固定，永磁體的磁化方向與管狀壓電復(fù)合件的中心軸線垂 直；所述的管狀壓電復(fù)合件包括瓦片狀壓電條和薄金屬電極片，瓦片狀壓電條和薄金屬電 極片相互間隔沿圓周均布，相鄰兩個瓦片狀壓電條的極化方向相反，相鄰兩個薄金屬電極 片的極性相反。
[0006] 本發(fā)明提出的一種基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0007] 1、本發(fā)明提出的基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件，采用永磁體與扭振型壓 電陶瓷管構(gòu)成的復(fù)合磁電結(jié)構(gòu)，通過永磁體與外磁場磁耦合產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩將剪切應(yīng)力傳 遞到管狀壓電復(fù)合件，從而有效的利用了剪切模式的壓電效應(yīng)，獲得了更強(qiáng)的磁電耦合效 應(yīng)以及更高的磁電電壓系數(shù)。
[0008]2、本發(fā)明的扭振磁電耦合器件，利用永磁體的磁矩與外磁場之間的磁耦合作用產(chǎn) 生激勵，相比較基于磁致伸縮材料與壓電材料構(gòu)成的復(fù)合磁電耦合器件而言，不需要提供 直流偏磁，即可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁電耦合以及高磁電電壓系數(shù)，更方便使用。
[0009]3、本發(fā)明的扭振磁電耦合器件，產(chǎn)生的磁電電壓系數(shù)與管狀壓電復(fù)合件的長度無 關(guān)，且不需要提供直流偏磁，這些使得扭振磁電耦合器件可以實(shí)現(xiàn)小型化，為微型磁場及電 流傳感器、微波換能器及能量采集等應(yīng)用領(lǐng)域提供了新的選擇。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明提出的基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0012] 圖1和圖2中，1是緊固件，2是管狀壓電復(fù)合件，3是永磁體，4是瓦片狀壓電條，5 是薄金屬電極片。

【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明提出的基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括 緊固件1、管狀壓電復(fù)合件2和永磁體3。管狀壓電復(fù)合件2的一端與緊固件1相對固定， 管狀壓電復(fù)合件2的另一端通過粘接方式與永磁體3相對固定，永磁體3的磁化方向M與 管狀壓電復(fù)合件2的中心軸線垂直。管狀壓電復(fù)合件的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括瓦片狀壓電 條4和薄金屬電極片5,瓦片狀壓電條4和薄金屬電極片5相互間隔沿圓周均布，相鄰兩個 瓦片狀壓電條4的極化方向P相反，相鄰兩個薄金屬電極片5的極性相反。
[0014]以下介紹本發(fā)明提出的基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件的制備過程：
[0015]首先，采用傳統(tǒng)壓電陶瓷制備工藝制備壓電陶瓷管（壓電材料可選用PZT、BaTi03、PMN-PT或PZN-PT等），在壓電陶瓷管的兩底面覆電極，沿壓電陶瓷管長度方向施加 強(qiáng)電場進(jìn)行電極化。完成極化后，將兩底面電極去除，并且將壓電陶瓷管切成偶數(shù)個瓦片狀 壓電條，得到瓦片狀壓電條4。
[0016] 將所有瓦片狀壓電條4重新拼裝成管狀壓電復(fù)合件2,拼裝時保證相鄰兩瓦片狀 壓電條4的極化方向相反，并且在相鄰兩瓦片狀壓電條4之間加入薄金屬電極片5,用導(dǎo)電 環(huán)氧樹脂將瓦片狀壓電條4與薄金屬電極片5粘接構(gòu)成管狀壓電復(fù)合件2。將各薄金屬電 極片5與導(dǎo)線（圖中未示出）焊接相連，相鄰薄金屬電極片5所對應(yīng)的電極極性相反，通過 導(dǎo)線連接相同極性的電極，完成管狀壓電復(fù)合件2的制備。
[0017]本發(fā)明提出的基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電耦合器件，其磁電電壓系數(shù)由下式計(jì) 笪，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于剪切壓電效應(yīng)的扭振磁電禪合器件，其特征在于該扭振磁電禪合器件包括 緊固件、管狀壓電復(fù)合件和永磁體，所述的管狀壓電復(fù)合件的一端與緊固件相對固定，管狀 壓電復(fù)合件的另一端通過粘接方式與永磁體相對固定，永磁體的磁化方向與管狀壓電復(fù)合 件的中也軸線垂直；所述的管狀壓電復(fù)合件包括瓦片狀壓電條和薄金屬電極片，瓦片狀壓 電條和薄金屬電極片相互間隔沿圓周均布，相鄰兩個瓦片狀壓電條的極化方向相反，相鄰 兩個薄金屬電極片的極性相反。
【文檔編號】H01L43/00GK104347794SQ201410454375
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】何金良, 胡軍, 韓金池, 王善祥, 余占清, 曾嶸 申請人:清華大學(xué)