Terfenol-D/PZT弹性基板阵列换能器的高频磁电效应研究

"这篇论文研究了Terfenol-D/PZT和弹性基板阵列换能器的磁电效应，作者通过将磁致伸缩材料Terfenol-D与压电材料PZT-8复合在弹性基板上，构建了一种新型换能器。这种换能器在激励磁场频率与弹性基板固有频率相等或接近时，能够实现最大的磁电转换效果。实验结果显示，在特定条件下，阵列结构换能器的磁电耦合电压系数和输出功率分别提高了13.77%和33.7%相比于MP层合结构换能器。论文还探讨了磁电复合材料的两种主要结构，即颗粒混合结构和块体层合结构，并指出三相层合结构在谐振时具有更高的磁电转换效率。为了提高工作频率，提出了采用阵列结构的方法，通过调整工作频率使各谐振单元同步振动，增强高频下的磁电电压转换系数。" 这篇研究论文深入探讨了磁电耦合效应在Terfenol-D/PZT和弹性基板阵列换能器中的应用。磁电耦合效应是指材料在磁场作用下产生电荷分离或电场变化的现象，这种效应在磁电复合材料中得到了显著增强。论文中提到的Terfenol-D是一种磁致伸缩材料，它在磁场作用下会发生形状变化；而PZT-8则是一种压电材料，能够将机械能转化为电能。当这两种材料复合在弹性基板上，并受到适当频率的激励磁场时，弹性基板会发生共振，从而提高压电材料的电压输出。 研究人员设计了一种新型换能器，利用共振原理，当激励磁场频率与弹性基板固有频率匹配时，Terfenol-D驱动基板振动，使得压电材料的输出电压达到最大。实验数据表明，这种阵列结构换能器在特定条件下表现出优于传统MP层合结构的性能。通过减小Terfenol-D的体积虽然可以提高工作频率，但可能会导致输出能量降低。因此，采用阵列结构能够同时提升工作频率和输出功率，通过调整工作频率使得各个谐振单元的振动同步，实现了磁电转换效率的增强。 论文还对比分析了两种常见的磁电复合材料结构，即颗粒混合结构和块体层合结构。颗粒混合结构是将磁致伸缩和压电材料颗粒混合，而块体层合结构则是将块状的两种材料复合。研究发现，三相层合结构（即Terfenol-D、PZT-8和弹性基板）在谐振状态下的磁电转换系数更高。这种优化的磁电复合结构为高频应用提供了新的可能性，尤其是在提高换能器的性能方面。 该研究为磁电效应在高频应用中的提升提供了一个创新的解决方案，即通过Terfenol-D/PZT和弹性基板阵列换能器的设计，实现了磁电耦合效应的增强和工作频率的提高，这对于未来高性能传感器和能源转换设备的发展具有重要意义。