[发明专利]低磁场域下高应变灵敏度的磁致伸缩材料及其制备方法

说明书

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种低磁场域下高应变灵敏度的磁致伸缩材料及其制备方法。本发明在具有高磁致伸缩系数的钴铁氧体的基础上，首次采用Mg²⁺和Zr⁴⁺复合取代CoFe₂O₄，通过取代元素的选取以及配方比例选择，实现不同占位，其中Mg²⁺倾向于同时占据四面体位点和八面体位点，Zr⁴⁺倾向于取代四面体位点，在两个位点的共同取代的作用下实现了钴铁氧体在低磁场域下的3.3×10^‑9A^‑1m～4.3×10^‑9A^‑1m的应变灵敏度，极大的提升了当前低磁场域下钴铁氧体的应变灵敏度，使其具有更好的应用前景，从而为磁传感器在更低磁场下工作的可能提供了基础。

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种低磁场域下高应变灵敏度的磁致伸缩材料及其制备方法。

背景技术

磁致伸缩材料广泛应用在磁致伸缩传感器和执行器，线性电机，振动和噪声控制，机械扭矩传感器，超声波发生器等。

应用较为广泛的为稀土基磁致伸缩材料(Terfenol-D)，但由于其易腐蚀，价格昂贵等原因，渐渐被Ga-Fe合金(Galfenol)及其衍生物所代替。虽然Galfenol基的材料在低磁场下表现出较好的磁致伸缩性能，但其电阻率较低，应用在中等低频率下时产生的涡流损耗较高，从而大大限制了其应用范围。

CoFe₂O₄的单晶(λ～600ppm)和多晶(λ～150-400ppm)两种形式都具有显著的磁致伸缩性能且高电阻率的特性，从而被研究用作多铁磁电复合材料中的磁致伸缩组件，以实现更好的磁电系数(α_ME)，进而应用于磁场传感器，无线供电系统，双电场和磁场可调装置等。但CoFe₂O₄在低磁场域下的应变灵敏度[dλ/dH]较低，为了进一步扩大其应用范围，仍需要对其应变灵敏度作进一步提高。

不少人针对钴铁氧体属于混合型尖晶石铁氧体这一特点对其应变灵敏度进行了改性研究，如Vinitha Reddy Monaji等人通过固相合成法制备了Co_1+xZr_xFe_2-2xO₄，发现Zr⁴⁺倾向于取代四面体Fe³⁺，其应变灵敏度提高到3.32×10^-9A^-1m。P.N.Anantharamaiah和P.A.Joy合成了CoMg_xFe_2-xO₄(0-0.2)，发现Mg²⁺对四面体位点和八面体位点的Fe³⁺都有取代倾向，其CoMg_xFe_2-xO₄在低磁场下的应变灵敏度有一定的改善，其中x＝0.05的样品具有最佳的应变灵敏度(2.05×10^-9A^-1m)。虽然Mg²⁺和Zr⁴⁺取代对CoFe₂O₄的应变灵敏度有一定程度上的改善，但其提升有限，仍没有很好地解决低磁场域下应变灵敏度不佳的问题。

发明内容

针对上述存在的问题或不足，为解决现有钴铁氧体作为磁致伸缩材料在低磁场域下应变灵敏度不佳的问题，本发明提供了一种低磁场域下高应变灵敏度的磁致伸缩材料及其制备方法，利用不同离子取代占位的不同，更好的提高材料在低磁场域下的应变灵敏度。