[发明专利]一种磁电材料磁学性能同步测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁电材料的测试，尤其是涉及一种磁电材料磁学性能同步测试装置。

背景技术

磁滞回线是材料的磁感应强度随磁场的变化曲线，磁滞效应是指磁化达到饱和的铁磁体在外磁场减小时，磁滞回线不会原路返回而出现滞后的现象。由于不同材料的磁畴结构及其其运动方式不同，因此磁滞效应也不同。根据材料的磁滞回线形状，可以把材料分成软磁材料、硬磁材料、矩磁材料等等。磁滞回线反映了磁性材料的宏观磁化行为，是最基本的磁学性能曲线。

磁致伸缩效应是由于铁磁质的磁畴在外磁场作用下会定向排列，致使铁磁体宏观长度和体积发生微小变化的物理效应。长度的变化称为线性磁致伸缩效应，体积的变化称为体积磁致伸缩效应。通常把线性磁致伸缩效应简称为磁致伸缩效应。磁致伸缩效应是材料中磁场和力场发生相互耦合作用的结果，在所有磁性材料中都普遍存在，也是基本的磁学性能之一。

磁电效应是指材料在外加磁场作用下产生电极化的物理效应。磁电效应是材料中磁场和电场发生相互耦合作用的结果，在自然界中只在一些具有特定晶体对称性的单相材料中存在，比较稀少。比较简便地获得磁电材料的方式是通过将铁磁体和压电体进行复合来获得。将铁磁体和压电体进行复合后，对复合后的材料施加外加磁场时，铁磁体由于磁致伸缩效应产生应变，该应变通过界面部分传递给压电体，压电体受到应变作用发生变形，由于压电效应产生电极化，最终使得复合材料具有施加磁场产生电极化的宏观效果。采用复合方式获得的磁电效应是一个二级效应，可以通过选择具有高磁致伸缩行为的材料和高压电行为的材料进行复合来获得高磁电效应的磁电材料，因此打破了自然界的限制，丰富了磁电材料的种类。复合型磁电材料作为一种新型功能材料，同时具有铁电、铁磁材料的特性，可能被用于制作下一代具有多功能性的新型器件。磁电材料的新型磁电耦合性能，可能被用于制作基于磁电原理的新型器件，在新型传感器、换能器、存储器等器件中获得应用。

由于磁电材料的磁电效应与磁致伸缩行为密切相关，而磁致伸缩行为又与材料内部的磁化过程密切相关，因此开发磁电材料时，通常都要测试磁电材料的磁滞回线、磁电回线和磁致伸缩曲线。以往的测试中，三种磁学性能曲线通常是单独测试的。由于磁性材料的磁化过程通常具有滞回的效应，分别对三种性能进行测试时，三次测量中材料的磁状态可能不完全一致，尤其是对于退磁后处于初始磁化状态的磁电材料，测量时施加的磁场实际上也对样品产生了磁化的作用，在测量完第一种磁学性能之后，样品的磁化状态其实已经发生了改变。因此，当三种磁学性能分别被单独进行测试时，三种磁学性能曲线的测量结果实际上并不能完全相互对应。所以，为了更好地研究三种磁学性能的相互关系，非常需要开发出可以施加一次扫描磁场就能够同时获得磁滞回线、磁电回线和磁致伸缩曲线三种磁学性能的新设备。目前，单独测量磁滞回线、磁电回线和磁致伸缩曲线都分别具有很多的测量技术。要同步进行三项磁学性能的测量，需要选择三个相互不冲突的测量技术进行组合。目前，磁滞回线的主要测试方法有：磁通计法、VSM（振动磁强计）、SQUID（量子扰动超导探测器）、磁光克尔效应磁强计等方法（[2]陈海英.精密磁强计的发展现状及应用[J].现代仪器，2000，（6）：5-7）。磁通计法较为简单，容易操作，但是相对其他技术其精度较低；VSM方法较为普遍，精度也较高，但是样品处于振动状态，会干扰磁致伸缩效应的测量；SQUID精度很高，但是成本较高，测量时间很长；磁光克尔效应属于微区磁化状态分析，一般只适用于微区磁畴分析。

磁致伸缩曲线的主要测试方法有：电阻应变片法、差动电容法、迈克尔逊干涉测量法、微位移传递法（[3]曲双如，丁克勤，赵晶亮.四种超磁致伸缩材料特性测量方法的比较[J].电子测试，2012，（2）：16-19；[4]张永炬，林朝斌.磁致伸缩实验测定方法的比较[J].台州学院学报，2003，25（3）：49-51）等。差动电容法温度稳定性好、抗干扰能力强、动态响应好，在工程中有广泛的应用；迈克尔逊干涉法有较高的精度，但是样品安装及光路调整不方便；应变片法有灵敏度高、测量范围大、装置便宜、结构简单、使用方便等优点，是实验室普遍用到的一种测试磁致伸缩的方法。