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报告人: 吴高建

主要内容:

近年来由于磁电效应在传感器，换能器等方面的广泛应用，人们一直致力于对磁电复合物中磁电效应的研究。在应用过程中，具有较高的磁电电压系数是关键因素之一。一般而言，磁电材料有三类：单相材料，混合复合物和层状复合物。单相材料（如Cr2O3，BiFeO3）的居里温度远低于室温，并且磁电效应非常弱，这使得利用单相材料制造应用器件非常困难。混合相的磁电复合物在室温下可以获得较高的磁电系数，然而由于烧结过程中组分间的化学相互作用以及极化过程中的困难，也限制了其在实际器件中的应用。所以人们把目光转向层状磁电复合物。层状复合物不仅避免了组分间的化学相互作用，还能有效解决渗流和传导的问题，从而获得较大的磁电系数。层状磁电复合物一般采用环氧化银之类的粘合剂将磁致伸缩相和压电相粘接起来，这种方法简单有效，但同时也弱化了界面耦合，使得其磁电系数的实验值总是小于理论估算值。所以很多工作致力于改善层状复合物的界面耦合以提高其磁电系数。人们发现，传统的层状复合物大都通过切向应力进行耦合，若设计出圆柱形结构、盘-环结构的磁电复合材料通过法向应力耦合，能有效提高界面耦合,从而提高磁电效应。 另一方面，实验和理论都表明，当外加交流磁场的频率与复合材料的机电谐振频率（EMR）一致时，磁电系数与低频时相比会有1到2个数量级的提高。然而高的谐振频率会带来显著的涡流损耗，从而降低能量转换效率。相比于平面谐振模式，弯曲谐振模式可以降低材料的谐振频率，减小材料的尺寸。另外，增加材料的尺寸也会降低谐振频率，但这又会大大限制其实际应用价值。

综上，界面耦合和谐振频率是影响磁电复合材料磁电系数的两个重要因素。盘-环结构的磁电复合材料是以法向应力进行耦合的，本人曾经针对这种结构提出了一理论模型。根据这一模型，可以预测出材料的谐振频率，以及磁电系数与外加交流磁场频率的关系，还可以看出影响其磁电系数的几个材料参数。将该模型与实验值进行比较，得到较好的验证。这一理论结果发表在20xx年12月Journal of Applied Physics上。

目前，已有不少关于圆环或圆柱形磁电复合材料的磁电效应的实验报道。文献报道采用电镀和无电镀的实验方法制备出了PZT-Ni双层和Ni-PZT-Ni三层的圆柱形磁电复合材料样品，并实验研究了其磁电系数与偏置磁场，交流场频率和样品尺寸的关系。但尚未建立严格的理论模型来解释说明有关实验结果。

本研究将首先着重于理论模型的建立，以压电和磁致伸缩相的本构方程为基础，从弹性动力学方程出发，分别严格推导二层和三层圆柱形磁电复合材料的磁电系数的频率响应模型，并与文献中已有的实验数据进行比对，充分体现各种影响磁电系数和谐振频率的有关因素。其次，通过实验样品的制备，进一步验证理论预测的峰值磁电系数和谐振频率与样品尺寸和有关材料物理参数的关系，从而优化材料的尺寸结构，选择最合适的压电相和磁致伸缩相材料，并研究磁电系数对外加强偏置磁场的响应关系，提高实际应用价值。

审查小组成员: 肖振军教授、童培庆教授、张宁教授、马余强教授(南京大学物理学院) 、万建国教授(南京大学物理学院)

时间: 4月16日周一下午两点

地点: 行健楼401

第二篇：博士后开题报告（附图）

博士后开题报告