双可调带通滤波器，并利用高频仿真软件建立起了该滤波器的数值分析模型。仿真结果显示，以微波信号频段为例，滤波器的工作频率在内磁可调性偏移带外抑制最大达到了当外加磁场保持不变时，其电场在至范围内存在近似线性的电可调特性。关键词磁电层合材料，非线性机械损耗，双峰磁电效应，动态材料常数，磁力电耦合效应，磁电可调带通滤波器分类号万方数据，薄片中间用导电银胶直接粘接层薄片，结构示意图如图所示。沿层状磁电复合材料的厚度方向施加交变磁场，使其产生径向方向的振动，驱动压电材料沿厚度方向极化。当压电相采用材料时，测量得到的最大磁电转换系数达到了，如图所示，远高于之前文献报道的最好磁电转换系数，体现了磁电层合材料极大的优势。随后，他们用具有数的代替很高压电系，得到的最大磁电转换系数更是达到了所示。，如图图图复合材料的磁复合电系数材料的磁电系数自此之后，研究人员逐渐将目光转移到了由磁致伸缩材料和压电材料构成的层状磁电复合材料上，逐渐出现了很多形式各异的磁电层合材料，极大提高了其磁电转换系数，是单相复合材料的倍左右。与此同时，研究人员发现，当磁电复合材料处于电机共振或磁机共振时，其磁电耦合效应会大大加万方数据中国计量学院硕士学位论文数也从增加到，增大了近倍如图和所示。构处于谐振状态时，磁电电场系数与偏置磁场的备提供理论依据。但是，目前对于双峰磁电效应的理论解释很少且不完善。强，比非谐振状态下强很多。等人在他们的实验中发现，和磁电层合结构谐振状态下的磁电电场系数比非谐振状态下都至少增强了个数量级。等人对三层结构在磁场为时，测得谐振磁电转换系数是非谐振状态的倍。等人在复合结构上发现频率从增加到谐振频率时，磁电转系图然而，等人在实验研究谐振磁电效应的同时发现，当外加磁场频率为时，磁电电场系数与静磁场的关系曲线出现双峰现象。而他们之前也在实验中发现了层合材料多阶振动时磁电效应出现的多峰现象，如图所示，在时，层合材料出现多峰磁电效应，图为磁电系数与频率磁场的三维图形。如图所示，当层合结关系曲线中出现了双峰现象。当外交磁场频率增大与层合结构本身固有频率致时，磁电系数达到最大值，之后随着外交磁场频率的逐渐增大而逐渐分裂为两个峰。与多峰磁电效应不同，层合结构的双峰磁电效应是沿长度方向阶振动时产生。他们的实验结果进步揭示了磁电复合材料的复杂非线性磁力电耦合效应，为谐振状态下的磁电效应变化趋势提供了种全新的形态。由于目前研究的磁电效应多为单峰结果，且峰宽较窄，这使得基于磁电层合材料的磁电器件应用范围非常有限。然而，人们对在相对较大磁场下有较高磁电转换系数的磁电器件的需求日益增加，磁电层合材料双峰及多峰现象的理论研究现为超宽带磁电传感器的研究与制多峰磁电效应与静磁场关系图多峰磁电效应的三维图形万方数据中国计量学院硕士学位论文图谐振频率下的磁电双峰效应图低频时的磁电转换系数与此同时，越来越多的人开始关注磁电层合材料磁电效应的理论研究，研究方法主要包括弹性力学法，函数法和等效电路法，。等人，建立基于压电相和压磁相的线性本构方程和牛顿第二定律的等效电路法，分别对，种不同工作模式的层状磁电复合材料进行了研究，如图和所示。从图不同模式下磁电层合材料磁电系数的结果图可以明显看出，不同的磁化方向和极化方向使材料的工作模式不同，磁电效应也不同，和模式的磁电系数比和模式的大到两个数量级。此外，他们也分析了动态磁电效应。他们谐振情况下的复合结构的理论预测结果比实验结果偏大，这是因为等效电路法没有考虑介电损耗，磁损耗，漏电流，界面耦合，的效应等因素。图，工作模式图工作模式等人采用的等效电路法，并结合磁致伸缩相的非线性本构及效应建立了分析双峰磁电效应的理论模型，其理论预测结果只有在时与实验结果吻合良好，如图所示。他们在理论分析磁电效应双峰现象时，不仅忽略了材料效应受预应力的影响，还忽略了非线性机械损耗万方数据中国计量学院硕士学位论文的影响，使得建立的理论模型不够完善。图时的双峰磁电转换系数图，工作模式下的磁电电压系数总之，针对中低频下由超磁致伸缩材料和压电材料组成的磁电层合结构磁电耦合效应的研究，无论是在实验方面还是在理论方面都已经有很多报道了。实验方面主要是研究不同材料不同结构不同工作模式下的磁电耦合材料，致力于提高磁电耦合的强度，以有利于器件应用理论方面的研究主要是围绕超磁致伸缩材料的非线性本构关系的模型建立基于等效电路法的磁电转换系数的计算以及影响磁电耦合相应的因子的研究等，这些研究从不同的角度描述了层合材料的磁电耦合作用，为本文双峰磁电耦合效应的研究提供了理论基础和实验证据，为磁电器件的应用提供了理论依据。磁电层合材料机械损耗的研究现状磁电层合材料力磁耦合作用时，存在很多损耗因子，如磁损耗电损耗涡流损耗机械损耗等，这些损耗大大削弱了磁电耦合强度。最近，研究人员也发现，谐振状态下，外加静磁场对层合材料的机械损耗存在非线性影响而机械损耗对其磁电效应存在不可忽视的影响。等人在实验中发现机械损耗对谐振磁电效应有很大影响，谐振频率为和时，由于机械损耗不同导致两个谐振频率下磁电系数峰值相差倍，如图所示。并且，从图中可以看出，层合材料的机械损耗随着磁场的增大由个先增大后减小的趋势。等人通过理论预测发现将层合结构的机械品质因子从增大到时，磁电系数增大了近倍。等人也预测出将磁电层合材料的机械品质因子从增大到时，其输出电压增益增大了近倍，磁电耦合效率也会大大提升。在实际应用中，可优化磁电材料的设计，提高机械品质因子，降低机械损耗，从而提高磁电层合材料谐振频段下磁电器万方数据中国计量学院硕士学位论文件的性能。然而，从图和中可以发现，磁电层合材料的机械损耗不仅受到磁场外加交流磁场频率的影响，还受到预应力的影响。图不同磁场下系数与频率关系图机械能量损耗与外磁场的关系图机械损耗与谐振频率的关系图谐振频率机械损耗与磁场的关系此外，在分析磁电耦合效应时，层合材料的机械损耗通常被设为个常数。比如，等人研究磁电效应时直接将机械损耗选为，这对静态磁电效应是合适的，用于谐振磁电效应显然会导致预测结果偏差。等人，认为磁电层合结构的有效机械损耗是由压电层和磁致伸缩层的机械损耗按所占体积比之和组成的。最近，等人发现由组成的磁电层合结构的机械损耗随偏磁场非线性变化，他们考虑有效机械损耗是压电层磁致伸缩层以及界面的机械损耗按所占体积比的求和，而有效机械损耗随偏磁场的变化是由于层的效应导致。等人在研究带有叉指状电极的磁电层合结构的机械损耗时选用了等人的有效机械损耗形式。事实上，上述有效机械损耗都没有具体表达式，无法用于计算分析。考虑到偏磁场和预应力均对的杨氏模量有明显的影响即效应，显然也会对磁电效应和机械损耗有明显的影响。比如，在层合结构中施加应力或者在层长度方向施加拉应力都可以增大静态磁电效应。同样也可能考虑预应力和偏磁场对机械损耗的影响，进而利用预应力来降低机械损耗提高磁电耦合效应，有利万方数据硕士学位论文磁电层合材料的磁电双峰效应研究及器件设计作者陈晴导师周浩淼副教授学科信号与信息处理中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文磁电层合材料的磁电双峰效应研究及器件设计作者陈晴导师周浩淼副教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业信号与信息处理研究方向功能材料微波器件二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢回首研究生学习的两年多时间，我学到了很多东西，也收获很多东西。感谢母校，给了我这个学习平台，让我不断提升充实自己。感谢那些不断给我帮助，给我鼓励，给我引导的人们，感谢大家的支持和帮助。首先，非常感谢我的导师周浩淼教授。在我攻读硕士研究生期间，周老师给了我很大的帮助。从课题的选择，到论文的发表，周老师都牢牢把关，不放过每个存在问题的细节。此外，周老师经常与我进行学术交流，讨论研究工作中遇到的问题，并提出他的观点，给我建设性的意见与提示，加快我科研的步伐。周老师的高度责任感，对研究工作的严谨细致，对学生工作的严格要求，都帮助了我顺利完成课题。在此，谨向周老师表达我由衷的感谢和敬意。其次，感谢我的同门师弟师妹朱锋杰廉婧崔晓乐李梦菡张秋实梁艳武，还有肖英老师，他们在我无论是生活上还是学习上遇到困难时，都给了我莫大的鼓励和帮助。因为他们，我才能在科研的道路上欢笑前进。再次，感谢我的室友，我的同窗，感谢其他给予我帮助的人们，两年多来，我们共同进步，共同走向未来。最后，我要向我的父母表示深深的感谢，你们的支持与鼓励是我奋斗的动力！陈晴年月万方数据磁电层合材料的磁电双峰效应研究及器件设计摘要以巨磁致伸缩材料与压电材料等复合而成的磁电层合结构由于具有强磁电耦合效应近年来成为个研究热点。低频状态下，当外加交变磁场频率达到层合结构的固有振动频率时，层合结构处于谐振状态，磁电耦合效应大大加强。由于磁电复合材料的复杂非线性磁力电耦合效应，磁电效应随磁场的变化曲线出现双峰现象，尚且没有完善的理论模型可以解释。此外，在谐振磁电耦合过程中，存在磁损耗电损耗机械损耗等，尤其是机械损耗，大大减弱了磁电耦合效应的强度。微波频段下，磁电层合材料主要是用来制备磁电可调的微波器件，以满足工作频段可选的需求。针对上述问题，本文开展了以下工作首先，针对谐振状态下模式磁电层合结构的机械损耗随磁场非线性变化的实验现象，采用个能完整描述超磁致伸缩材料中复杂力磁耦合特点的非线性磁致伸缩本构