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磁电复合材料是一种对于磁电耦合设备具有吸引力的材料,经过四十年的发展研究,许多技术已经应用到了存储器、传感器、驱动器等实际设备中。随着应用范围不断扩大,磁电材料在复杂环境中可能会受到磁场、电场、力场甚至多场共存的影响。因此,研究复杂服役环境下多铁性薄膜材料的性能变化及其失效机制具有非常重要的意义。本文采用溶胶凝胶法和化学腐蚀法制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜、NiFe2O4(NFO)铁磁薄膜、BNT/NFO磁电复合薄膜和三种薄膜的鼓包样品,并利用课题组自主研制的新型多功能鼓包测试系统平台先后完成了BNT、NFO薄膜及BNT/NFO复合薄膜的力电磁耦合测试分析,具体研究工作如下:(1)分析了电场和鼓包油压强度对BNT薄膜弹性模量和铁电性能的影响。结果表明:BNT薄膜的弹性模量为158.8 GPa,残余应力为215.9 MPa;BNT薄膜的弹性模量随着电场的增大而降低,弹性模量E由0 kV/cm时的158.8 GPa降低到400 kV/cm时的58.5 GPa;随着油压的增大,BNT薄膜的剩余极化强度和电矫顽场均随之而增大,分别增大34.7%和34.1%。(2)测试了磁场和鼓包油压强度对NFO薄膜弹性模量和铁磁性能的影响。结果表明:外部磁场为0 Oe时,NFO薄膜弹性模量为187.8 GPa,残余应力σ0为500.8 MPa;随着磁场的增大到800 Oe,BNT薄膜弹性模量增大到484.6 GPa,磁致伸缩系数λ由-63.5ppm增大到-187.5 ppm。当外加油压不断增大时,NFO薄膜的剩余极化强度和矫顽场分别下降75.0%和44.0%。(3)研究了不同磁场、油压对BNT/NFO薄膜电磁性能的影响。研究表明:BNT/NFO薄膜的饱和极化强度和矫顽场分别由50 Oe时13.9μC/cm2和160.6 kV/cm降低到850 Oe时的12.8μC/cm2和146.0 kV/cm。当油压由0 kPa增大到15 kPa,BNT/NFO复合薄膜的饱和磁化信号由3.24 mV下降到1.40 mV,降低56.8%;磁矫顽场由934.5 Oe下降到549.8Oe,下降41%。(4)讨论了不同磁场、电场及磁电耦合对BNT/NFO复合薄膜弹性模量的影响。结果表明:在无外部作用时,BNT/NFO薄膜的弹性模量和残余应力分别为123.3 GPa和43.2 MPa;随着外加磁场和电场的增大,弹性模量分别呈现增大和降低的趋势;在800 Oe恒定磁场下,随着电场的增大,弹性模量呈先增大后减小的变化趋势;在300 kV/cm恒定电场下,随着磁场的增大,弹性模量呈先减小后增大的变化趋势。