【摘 要】
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信息技术的发展与电力的优化密切相关,为了节约电力资源、提高能源的利用率,研发新型的存储方式至关重要。多铁性功能材料为研发新型组件和设备提供了独特的机会,因此其在存储领域具有广泛的应用前景。本文分别采用铁酸钴Co Fe2O4（CFO）和聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）（P（VDF-Tr FE））作为铁磁填充相和铁电基体,这主要是由于CFO和P（VDF-Tr FE）具有高磁致伸缩系数和高压电值;选择1-3型连
【基金项目】
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黑龙江省自然科学基金（YQ2021E036）；
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信息技术的发展与电力的优化密切相关,为了节约电力资源、提高能源的利用率,研发新型的存储方式至关重要。多铁性功能材料为研发新型组件和设备提供了独特的机会,因此其在存储领域具有广泛的应用前景。本文分别采用铁酸钴Co Fe2O4（CFO）和聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）（P（VDF-Tr FE））作为铁磁填充相和铁电基体,这主要是由于CFO和P（VDF-Tr FE）具有高磁致伸缩系数和高压电值;选择1-3型连接方式制备了柔性P（VDF-Tr FE）基复合薄膜。针对单层均匀复合介质存在漏电流较大、难以极化的问题,本文设计了填充相呈梯度分布的复合介质来改善介电和多铁性能。通过对铁磁填充相和铁电基体的热处理过程进行分析,发现烧结温度和热压温度对于铁酸钴纳米纤维（CFO NFs）和纯P（VDF-Tr FE）介质的形貌有较大影响。当烧结温度为600℃时,CFO NFs表面光滑、致密且具有较大的长径比。当热压温度设置为150℃时,纯P（VDF-Tr FE）介质的击穿强度、介电和铁电性能最佳,其中在频率为10 Hz时,介电常数为12.0、介电损耗tanδ为0.03;击穿强度达1500 k V/cm,最大极化强度为7.5μC/cm~2,剩余极化强度为6.2μC/cm~2。采用静电纺丝技术将BaTiO3（BT）包覆在CFO NFs表面进而形成复合纤维,以CFO NFs和CFO@BT NFs作为填充相,采用高速定向纺丝技术制备出1-3型三明治复合介质。结果发现10 vol.%CFO/P（VDF-Tr FE）三明治复合介质具有良好的性能,在频率为10 Hz时,介电常数为16.6、介电损耗tanδ为0.1;在电场强度为1250 k V/cm下,最大极化强度和剩余极化强度分别为8.3μC/cm~2、6.8μC/cm~2,最大磁电系数为5773.5 m V/cm·Oe(磁场Hdc=8486.6 Oe);相比于CFO NFs,CFO@BT NFs使三明治复合介质拥有增强的击穿强度（在最佳掺杂含量下由1250 k V/cm提高到1700 k V/cm）,介电损耗（tanδ＜0.06）进一步下降,而且最佳掺杂含量得到提高（由10 vol.%提高到15 vol.%）。为了探究梯度结构和纺丝工艺对复合介质性能的影响,在上述最佳掺杂量基础之上,制备了填充相呈梯度分布的七层复合介质。研究发现,梯度相差较大、通过逐层定向纺丝技术制备的复合介质综合性能最佳,在电场强度为900 k V/cm下,最大极化强度和剩余极化强度分别可达15.2μC/cm~2和11.7μC/cm~2,最大磁电系数为3322.8m V/cm·Oe(Hdc=10337.8 Oe)。由于纳米纤维具有较大的长径比,所以复合介质均存在明显的磁各向异性。通过上述研究可以发现,设计具有梯度结构的柔性复合介质对优化介电和多铁性能具有积极作用。
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