铁电复合材料的多场耦合功能特性与新型器件的应用基础研究

以铁电材料为基础的功能复合材料，因同时可具有铁电、铁磁、铁弹甚至半导体性能，并同时可涉及到多物理场如电场、磁场、声或弹性场、光（电磁波）以及温度场之间的耦合和转换，是一个十分活跃的研究领域。铁电材料同其它功能材料复合所产生的新的物理效应，有可能导致下一代新功能材料和新器件的出现。这在材料科学、物理学、新技术如换能器、传感器、驱动器，电子计算机的磁存储与读取元件，新的计算芯片，及其它应用领域里具有重要的意义，并被公认为是未来七个最热门研究领域之一。本项目将研究铁电复合材料中的多物理场耦合的基本问题、理论及可能产生的新的物理效应，发展新的铁电复合材料，研究多场耦合特性和可能的新的器件应用，包括：（1）微纳米铁电复合材料中的磁畴－弹－电畴多场耦合特性及机理探索，（2）体铁电复合材料中的多物理场等效电路耦合方法和理论，（3）新的铁电复合材料多场耦合功能特性，（4）新型智能电子器件应用基础研究。

铁电复合材料的多场耦合，因其蕰含的丰富物理内涵与潜在的新器件应用价值，近年来一直是材料、物理与电子工程领域所关注的重要研究内容。本课题组在重点基金资助下，在多物理场耦合理论、铁电与磁电复合材料、新器件进行了系统深入研究，取得系列国际先进或领先水平的成果。.多物理场耦合理论：（1）将相场理论应用到（0-3）型磁电复合材料，从磁畴-弹-电畤微观层次上解释了磁电耦合机制与优化方法；（2）首次建立了基于磁弯矩效应的磁电悬臂梁磁电耦合理论模型和本构关系；（3）提出了一维的（1-1）联通型磁电复合材料概念和发现磁通聚集强化效应。.铁电磁电复合材料：（1）发展了制备与表征稀土掺杂的铁电、磁电复合薄膜、铁电纳米管线的微结构、取向、形态和规律的技术和方法。（2）研究了电阻变换多层薄膜异质结的制备、结构与电阻变换特性、光伏效应、阻变与磁性的关联。（3）将激光热处理技术用于（1-1）型一维磁电复合材料Metglas/PMN-PT制备，有效降低磁交流损耗；获得的谐振磁电耦合系数比国际最好水平高出7倍；（4）研究了铁电铁磁相同第三相功能材料复合所展示的多场耦合功能特性；（5）研制了改性四元系PZT基硬性和软性压电陶瓷和改性BS-PT高温压电陶瓷。.铁电与磁电器件：（1）基于多物理场耦合效应，研制了薄膜微-纳米磁电传感器、块体（1-1）型磁电传感器和阵列，获得的谐振磁场灵敏度（1.35×〖10〗^(-13) Tesla）为目前磁电传感器最好水平。（2）探索了铁电电有序对铁磁/反铁磁多层膜自旋阀的电调控效应，铁电电有序的磁调控效应。研制了多层薄膜异质结非挥发性多级阻变存储原型器件。（3）研制了基于一维铁电聚合物纳米复合纤维的具有自放大功能的压电能量收集器件、高灵敏度微流体传感器。（4）基于磁弯矩效应的磁电悬臂梁磁-力-电能量回收器，获得的磁电耦合系数（16000V/cmOe）比国际最好结果高一个数量级；（5）研制了基于改性PZT、BS-PT陶瓷的压电马达和高温能量回收器。.在顶尖刊物Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Applied Physics Letters 等上发表注明资助号的SCI文章120余篇，获授权中国发明专利9项；一项成果荣获湖北省自然科学一等奖。已培养博士毕业生13名，硕士10名