一种自偏置柔性磁电复合薄膜、传感器及其制备方法

技术领域

本申请涉及材料技术领域，特别是涉及一种自偏置柔性磁电复合薄膜、传感器及其制备方法。

背景技术

磁电效应是指材料在施加磁场下的感应电极化或在外部电场下的感应磁化。磁电复合材料中的磁电效应来源于磁致伸缩材料中的磁致伸缩效应和压电材料中的压电效应的乘积效应。当磁电复合材料置于磁场中时，材料中的磁致伸缩相在磁场的作用下产生机械形变，压电相在机械形变的作用下出现诱导极化，这就是正磁电效应。当将磁电复合材料置于电场中时，压电相在电场作用下出现机械形变，并以应力的形式传递它周围的磁致伸缩相，磁致伸缩材料会在应力作用下产生诱导磁化，这就是逆磁电效应。

由此可见，磁电复合材料的磁电转换系数主要有三个主要影响因素，分别是磁致伸缩系数，压电系数和应力传递效率。如何基于上述特性制备出灵敏度更高、柔韧度更好的磁电复合材料成为本领域的研究重点。

发明内容

本申请实施例中提供了一种自偏置柔性磁电复合薄膜、传感器及其制备方法，以利于解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种自偏置柔性磁电复合薄膜，包括磁致伸缩材料和压电材料，所述磁致伸缩材料为CoZn

第二方面，本申请实施例提供了一种自偏置柔性磁电复合薄膜的制备方法，包括：

制备CoZn

将所述CoZn

优选地，所述制备CoZn

将Co(NO

将所述混合溶剂放置在加热板上加热，蒸发后自发燃烧得到黑色粉末；

将所述黑色粉末研磨后置于管式炉中退火；

将退火后的黑色粉末放在球磨机中球磨；

将球磨后的黑色粉末干燥，获得CoZn

优选地，所述CoZn

优选地，所述CoZn

所述将Co(NO

所述将所述混合溶剂放置在加热板上加热，蒸发后自发燃烧得到黑色粉末，具体为：将所述混合溶剂放置在加热板上加热至200℃，蒸发后自发燃烧得到黑色粉末；

所述将所述黑色粉末研磨后置于管式炉中退火，具体为：使用玛瑙研钵将所述黑色粉末研磨后置于管式炉中在800℃的温度下退火3h；

所述将退火后的黑色粉末放在球磨机中球磨，具体为：将退火后的黑色粉末放在球磨机中球磨3h；

所述将球磨后的黑色粉末干燥，获得CoZn

优选地，将所述CoZn

将所述CoZn

超声搅拌后抽真空去气泡，浇铸在基板上；

真空干燥后退火，获得自偏置柔性磁电复合薄膜。

优选地，将所述CoZn

将所述CoZn

在所述二甲基甲酰胺溶剂中加入P(VDF-TrFE)，超声搅拌2h。

优选地，所述基板为玻璃基板。

优选地，所述真空干燥后退火，具体包括：

在60℃真空条件下干燥2h，然后在140℃的真空条件下退火2h。

第三方面，本申请实施例提供了一种磁电传感器，包括第一方面所述的自偏置柔性磁电复合薄膜。

在本申请实施例中，由于CoZn

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜材料的照片；

图2为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜的制备方法流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜的磁电转换系数对频率的响应图；

图4为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜的磁电转换系数对偏置磁场的响应图；

图5为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜的输出电压对交流激励磁场的响应图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

首先，对本申请实施例涉及的术语进行解释说明。

磁致伸缩效应：指铁磁体在被外磁场磁化时,其体积和长度将发生变化的现象，具有磁致伸缩效应的材料称为磁致伸缩材料。

压电效应：分为正压电效应和逆压电效应，某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。这种现象称为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，这种现象称为逆压电效应。具有压电效应的材料称为压电材料。

磁电效应：定义为材料在施加磁场下的感应电极化或在外部电场下的感应磁化，分为正磁电效应和逆磁电效应，当磁电复合材料置于磁场中时，材料中的磁致伸缩相在磁场的作用下产生机械形变，压电相在机械形变的作用下出现诱导极化，这就是正磁电效应。当将磁电复合材料置于电场中时，压电相在电场作用下出现机械形变，并以应力的形式传递它周围的磁致伸缩相，磁致伸缩材料会在应力作用下产生诱导磁化，这就是逆磁电效应。

自偏置：直流偏置磁场为零时仍具有磁电效应，又称为零偏置。

参见图1，为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜材料的照片。本申请实施例提供的自偏置柔性磁电复合薄膜包括磁致伸缩材料和压电材料，所述磁致伸缩材料为CoZn

在一种可选实施例中，所述自偏置柔性磁电复合薄膜中CoZn

在一种可选实施例中，所述CoZn

由于CoZn

与上述自偏置柔性磁电复合薄膜相对应，本申请实施例还提供了一种自偏置柔性磁电复合薄膜的制备方法。

参见图2，为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜的制备方法流程示意图。如图2所示，其主要包括以下步骤。

步骤S201：制备CoZn

具体地，将Co(NO

步骤S202：将所述CoZn

具体地，将所述CoZn

采用上述方法制备自偏置柔性磁电复合薄膜，简单易行，薄膜厚度可控，且磁电复合薄膜具有自偏置现象。由于CoZn

基于上述自偏置磁电复合薄膜，本申请实施例还提供了一种磁电传感器，该磁电传感器包括上述实施例任一项所述的自偏置柔性磁电复合薄膜。

为了对上述方法制备的自偏置柔性磁电复合薄膜的性能进行测试，本申请实施例还自行搭建了一种测试系统，通过自行搭建的测试系统对该自偏置柔性磁电复合薄膜的性能进行测试，具体如下。

首先，在采用上述方法自偏置柔性磁电复合薄膜两侧表面分别涂一层导电银浆，放置在80℃的油浴锅中，在30MV/m的最大电压条件下极化1h。

其次，将上述自偏置柔性磁电复合薄膜放置在测试系统的电磁铁和亥姆霍兹线圈之间，电磁铁为自偏置柔性磁电复合薄膜提供偏置磁场，确定其最佳偏置磁场以获得更高的磁电耦合系数。亥姆霍兹线圈提供激励磁场。电磁铁由直流源驱动，所产生磁场的大小由高斯计监测，亥姆霍兹线圈由锁相放大器驱动，锁相放大器输出交流激励信号由数字示波器实时监测。同时锁相放大器也用来接收磁电信号。

最后，对自偏置柔性磁电复合薄膜进行扫频，以获得最佳频率，扫频频率范围为0.2～20kHz。获得最佳工作频率后，固定频率，进行扫场以获得最佳偏置磁场，扫场范围为0～6000Oe。固定频率，变化交流激励磁场以获得自偏置磁电信号对交流激励磁场的响应。

可理解，本领域技术人员可以根据需要调整自偏置柔性磁电复合薄膜中CoZn

参见图3，为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜的磁电转换系数对频率的响应图。横坐标为频率，纵坐标为磁电耦合系数。在图3中示出了自偏置柔性磁电复合薄膜中CoZn

参见图4，为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜的磁电转换系数对偏置磁场的响应图。横坐标为直流偏置磁场，纵坐标为磁电耦合系数。在图4中示出了自偏置柔性磁电复合薄膜中CoZn

参见图5，为本申请实施例提供的一种自偏置柔性磁电复合薄膜的输出电压对交流激励磁场的响应图。横坐标为交流激励磁场，纵坐标为输出电压值。其中，图5采用CoZn

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置和电子设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。