【摘 要】
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随着柔性可穿戴设备进入人们的视野,电子器件日趋小型化、柔性化、多样化。磁电异质结材料具有丰富的物理效应并且在多功能器件领域具有广阔的应用前景,成为近年来的研究热点。基于磁电异质结材料所制备的磁场传感器相比磁通门、霍尔探头、超导量子干涉仪等传统磁场传感器具有灵敏度高、体积小、功耗小、制备成本低等优点,但是如何制备出兼备柔韧性和高灵敏度的磁场传感器会成为新的重点和难点。本论文选择Metglas作为磁致
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随着柔性可穿戴设备进入人们的视野,电子器件日趋小型化、柔性化、多样化。磁电异质结材料具有丰富的物理效应并且在多功能器件领域具有广阔的应用前景,成为近年来的研究热点。基于磁电异质结材料所制备的磁场传感器相比磁通门、霍尔探头、超导量子干涉仪等传统磁场传感器具有灵敏度高、体积小、功耗小、制备成本低等优点,但是如何制备出兼备柔韧性和高灵敏度的磁场传感器会成为新的重点和难点。本论文选择Metglas作为磁致伸缩相,Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb Ti O3（PIN-PMN-PT）可弯曲压电单晶片和Pb(Zr0.52Ti0.48)O3（PZT）柔性压电厚膜作为压电相,分别制备了L-T结构的PIN-PMN-PT/Metglas磁电异质结材料和多推拉结构的PZT/Metglas磁电异质结材料,并且对所制备的磁电异质结材料进行了电学、机械疲劳和磁电等性能表征,主要工作如下:1、首先使用机械减薄法将PIN-PMN-PT单晶减薄至45μm厚,使其具有一定的柔韧性,然后结合Metglas合金箔带制备了L-T结构的PIN-PMN-PT/Metglas磁场传感器。该磁场传感器在最佳偏置磁场～3 Oe时表现出十分优异的磁电性能:准静态（f=1 k Hz）时,磁电电场系数高达63 V/（cm×Oe）,探测灵敏度为1 n T;谐振态（f=43.67 k Hz）时,磁电电场系数高达1.6 k V/（cm×Oe）,探测灵敏度为10 p T。PIN-PMN-PT/Metglas磁场传感器在弯曲角θ=45°的弯曲状态下,依然保持较高的磁电电场系数～35 V/（cm×Oe）,并且在高强度运行4000个弯曲循环后未发生明显的磁电性能衰退。虽然该磁场传感器具有一定的弯曲性能,但是由于压电单晶的脆性较强,其最大弯曲程度只能到θ=45°。2、为了制备出具有更强柔韧性的磁场传感器,我们采用溶胶凝胶法在柔性云母衬底上成功制备了具有超高压电性能PZT压电厚膜,厚度约为2.2μm。然后将PZT厚膜和Metglas合金箔带复合制备了多推拉结构的PZT/Metglas磁场传感器。该磁场传感器在最佳偏置磁场(Hdc=4.5 Oe)下表现出优异的磁电性能:准静态（f=1018 Hz）时的探测灵敏度为100 n T;谐振态（f=54.45 k Hz）时的探测灵敏度为0.2μT。并且该磁场传感器表现出十分优异的柔韧性,其可以实现θ=80°的弯曲程度,在经过5000个高强度运行的弯曲循环后依然维持磁电响应不变。本论文系统地研究了两种磁电异质结材料的制备,并且深入探讨了其在柔性磁场传感器应用方面的性能,为柔性磁场传感器和可穿戴设备结合从而实现人体对磁场的感知能力提供了有效的解决方案。
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