實驗名稱：磁電復合材料界面應力傳遞與磁發(fā)射性能關聯(lián)實驗

研究方向：研究MoS2改性粘接層對PZTMFC/Metglas磁電復合材料磁發(fā)射性能的增強機制。通過優(yōu)化聲阻抗匹配（1wt%MoS2填充時聲透射系數(shù)0.132），實現(xiàn)磁發(fā)射強度331μT（較未改性提升1.5倍）及1m處2.7nT輻射強度；結合ASK調制驗證信號無損傳輸，外推100m處輻射強度約40fT。揭示粘接層聲學特性與磁電耦合的定量關聯(lián)，為水下/地下通信系統(tǒng)提供新方案。

實驗目的：探究MoS2改性粘接層的聲阻抗匹配參數(shù)（填充量、楊氏模量）對磁電復合材料應力傳遞效率的影響規(guī)律，及其在磁電轉換中對磁發(fā)射強度提升（增強1.5倍至331μT）和遠場輻射能力（1m處達2.7nT）的調控作用，為水下/地下通信系統(tǒng)提供高性能磁電發(fā)射方案。

測試設備：鎖相放大器、直流電流源、亥姆霍茲線圈、螺線管、ATA-3090功率放大器、信號發(fā)生器、信號分析儀、標定線圈、動態(tài)力學分析儀、差示掃描量熱儀、熱重分析儀、電子萬能試驗機、X射線衍射儀、傅立葉變換紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡。

實驗過程：在磁電復合系統(tǒng)中采用鎖相放大器驅動亥姆霍茲線圈生成直流偏置磁場與螺線管激發(fā)交流磁場，通過功率放大器調控壓電纖維諧振狀態(tài)；同步在MoS2改性粘接層的PZT/Metglas復合結構中量化磁發(fā)射強度與1m處輻射場強；利用信號發(fā)生器生成ASK調制信號，通過信號分析儀解析波形保真度；結合聲阻抗模型計算應力傳遞效率，基于磁偶極子方程外推遠場輻射強度，最終建立聲學匹配參數(shù)-磁電轉換效率的定量關聯(lián)模型。

圖1：磁電復合材料調制測量裝置的示意圖

實驗結果：聲阻抗匹配測試證實，當MoS2填充量為1wt%時，粘接層楊氏模量提升至5.56GPa（未改性僅3.2GPa），聲透射系數(shù)達0.132（未改性0.077），應力傳遞效率提升71%，驅動磁電復合材料在最佳偏置場（12kHz諧振頻率、1A直流偏置）下磁發(fā)射強度達331μT，較未改性樣品（220μT）提升1.5倍；在距離發(fā)射源1m處實測輻射強度為2.7nT，并通過磁偶極子模型外推100m處輻射強度約40fT；ASK調制驗證實驗中，信號分析儀解析二進制信號（0101序列）的波形保真度＞98%，實現(xiàn)數(shù)字信號無損傳輸；定量關聯(lián)模型進一步揭示，聲阻抗參數(shù)（Z=2.7MRayl）與磁發(fā)射強度的擬合相關系數(shù)達R2=0.94，表明界面應力傳遞效率對磁電轉換的調控權重占主導（85%）。

圖2：最佳偏置下MoS2填充前后磁電復合材料:（a）近場輻射特性（b）磁場強度隨實測距離變化曲線

表3本工作與已報道的磁電天線輻射性能比較

功率放大器推薦：ATA-3090C

圖：ATA-3090C功率放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇