磁- 电耦合复合材料与磁探测新方法
项目简介 在过去的二十年里,磁电材料因其在磁传感器、能量回收器、微机电系统、可调微波器件等工程领域的应用潜力,一直以来得到了研究者的广泛关注。为了实现强的磁电耦合,北京大学工学院的研究者们利用不同的压电和压磁材料制备了诸如0-3 型、3-1 型、2-2 型和2-1型的磁电复合材料。北京大学工学院实验室通过激光处理压磁材料FeBSi 合金 (Metglas),提出了1-1 型的磁电复合结构。实验测试得出:1-1 型磁电材料具有超高的磁电系数(超过7000 V/cm Oe),相比于现有结果提高了接近7 倍。当被测磁场频率为复合材料的谐振频率时,在室温条件下测到了1.35×〖10〗^(-13)Tesla 的微弱磁场,这是块体磁电复合材料领域的重要突破。该研究还发现,激光快速退火处理可以显著降低压磁材料在谐振频率点的交流损耗,从而提高1-1 型磁电结构的机械品质因子。此外,1 维(1D)的结构也有利于降低退磁因子,并增强磁通聚集效应。应用范围基于磁电耦合效应,该项研究课题组首次提出了磁电磁通门的结构设计,旨在对微弱直流磁场进行探测。这个磁电磁通门具有梭形结构,对于1nT 的直流磁场输入,磁电磁通门输出信号的相对变化相比现有的结果提高了4-5 倍,为磁异常探测在导航、医学诊断等领域的应用创造了可能。项目阶段本课题组同内窥镜团队合作,发展了基于磁电耦合原理的磁电传感器阵列和磁成像系统,研制了国内首台磁电磁成像样机。该样机核心组成部分由56 路磁电传感器、驱动电路、信号采集与处理、磁成像显示等构成。该磁成像系统不仅能够检测磁性金属物的存在,而且还能准确判断其位置、姿态,定位偏差纵向在1.2cm 以内,横向偏差在0.5cm 以内。另外,通过对金属棒扫描和采集信号的微分处理,还可以判断金属棒的长、径比值。该项研究提出的磁成像系统在安检、医学上人体内磁性药囊实时监测方面具有较大应用价值。知识产权已申请相关专利。合作方式 技术转让、合作开发。
北京大学
2021-04-11