Modeling of nonlinear magnetoelectric coupling in layered magnetoelectric nanocomposites with surface effect
Modeling of nonlinear magnetoelectric coupling in layered magnetoelectric nanocomposites with surface effect
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具有表面效应的层状磁电纳米复合材料中的非线性磁电耦合建模
DOI：
10.1016/j.compstruct.2017.11.019
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发表时间：
2018-02
影响因子：
6.3
通讯作者：
Shi Yang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shi Yang
多铁性磁电复合材料作为一种新型的智能结构被广泛讨论。然而，对于具有独特优势的纳米厚度层状复合材料中的非线性电磁耦合问题的研究却相当有限。众所周知，纳米结构的物理和机械性质是尺寸依赖性的。基于表面应力模型，考虑表面效应和非线性材料特性，建立了不同磁致伸缩材料的磁致伸缩纳米复合材料的非线性理论模型。结果表明，在纳米厚度的复合材料中，表面效应可以增强电磁耦合。由于考虑了弯曲应变和不完美的界面条件，ME电压系数可以被抑制。弱结合界面使最佳体积分数向富PZT复合材料方向移动。此外，当受到预应力和磁载荷的组合时，ME纳米复合材料表现出复杂的磁-机械耦合特性。该模型提供了一种分析和评估基于纳米结构的器件的非线性ME耦合特性的方法。
Multiferroic magnetoelectric (ME) composites are widely discussed for new kinds of smart structures. However, studies on nonlinear ME coupling in layered composites with nano-scale thickness which have unique superiorities are rather limited. It is well known that the physical and mechanical properties of nanostructures are size-dependent. Considering surface effect and nonlinear material characteristics, this work proposes a nonlinear theoretical model for ME nanocomposites with different magnetostrictive materials based on the surface stress model. The results show that surface effect can enhance the ME coupling in the composites with nano-scale thickness. The ME voltage coefficient can be suppressed due to the consideration of flexural strain and imperfect interfacial conditions. The weak-bonding interface makes the optimal volume fraction shift to PZT-rich composites. Moreover, when subjected to combined pre-stress and magnetic loadings, ME nanocomposites exhibit complex magneto-mechanical coupling characteristics. The proposed model provides a method to analyze and evaluate the nonlinear ME coupling characteristics of nanostructures-based devices.
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